Вертикализация: обоснование ключевой роли в общей системе реабилитации

Санкт-Петербургское государственное учреждение здравоохранения «Городская больница № 40 Курортного административного района», Санкт-Петербург, г. Сестрорецк, Россия.

Введение

Результаты нашего библиографического поиска в Интернете с использованием Google и PubMed показали, термин «вертикализация» устойчиво применяется в восстановительной медицине, однако используется авторами научных публикаций в довольно узком значении «перехода тела или его частей из горизонтального положения в вертикальное» [9, 11, 13, 16, 20].

В практических целях восстановительной медицины мы предлагаем под термином «вертикализация» понимать процесс или метод восстановления способности лежачего больного к самостоятельному или ассистированному сохранению вертикального положения тела и к ходьбе.

Исследователями отмечается, что вертикализация больного связана с созданием оптимальных условий для функционирования его внутренних органов, она является базой для формирования ходьбы, развития полноценной социальной активности.

Филогенетические и онтогенетические аргументы в пользу значимости вертикализации человека очевидны. Примерами вертикализации являются возникновение прямохождения у человека и переход ребенка на качественно новое положение тела – прямостояние и прямохождение [3, 4, 22].

С целью представить практическим врачам фундаментальные доказательства уникальной роли вертикализации в общей системе медицинской реабилитации нами были привлечены новейшие данные из общей и частной гравитационной биологии и исследований в области симулированной микрогравитации.

Уникальная роль вертикализации в общей системе медицинской реабилитации в свете современных фундаментальных медико-биологических исследований

За почти 4 млрд. лет эволюции живого на Земле все условия жизни изменялись неоднократно и радикально: солнечная и земная радиация, температура, химический состав атмосферы и океана, влажность воздуха, напряженность и направление магнитного поля и т.д., кроме одного фактора – гравитации, которая присутствовала неизменно, а ее величина и направление всегда оставались одними и теми же. Поэтому всё живое на Земле на всех уровнях, от субмолекулярного до ноосферного, несет на себе неизгладимую печать земного притяжения. Если гравитационное поле устранить, например, в условиях космической невесомости, или изменить положение тела в отношении вектора поля силы тяжести, как у постельного больного, то наступает генетическая катастрофа. В массовом порядке включаются механизмы апоптоза, что ведет к быстро прогрессирующей деградации и смерти.

Очевидно, что прямые данные о воздействии невесомости на живой организм можно получить только в космическом пространстве. Однако медико-биологические эксперименты в космосе по очевидным причинам методически затруднены и крайне дорогостоящи. В связи с этим еще с середины прошлого, ХХ века, были развернуты широкомасштабные лабораторные исследования по моделированию невесомости в земных условиях [2].

Одна из таких моделей, а именно: продолжительное пребывание испытуемого в горизонтальном положении в постели, – оказалась очень удобной как в методическом, так и в экономическом планах, а ее результаты удовлетворительно коррелировали с непосредственными исследованиями на орбите. С началом XXI века, когда началась практическая подготовка к долговременным космическим полетам, например, на Марс, вышеупомянутая модель стала весьма востребованной.

В США под эгидой НАСА в 2008 г. стартовал специальный крупный долговременный проект, т.н. «Аналоги полета» (The Flight Analogs Project ) в ходе которого влияние микрогравитации на организм человека изучается с помощью новейших технических и методических приемов. Исследовательский центр проекта входит в состав Центра общих клинических исследований медицинского отделения университета штата Техас, Галвстон, США [21].

Строгий современный дизайн проводимой в рамках данного проекта работы, может быть впервые, позволит получить действительно вполне достоверные и воспроизводимые данные о влиянии микрогравитации на человека и поднять общую планку экспериментального стандарта в данной области медико-биологических исследований на не досягаемую ранее методологическую высоту.

Текущие данные (2008–2009 гг.) из проекта «Аналоги полета» и других лабораторий свидетельствуют том, что изменения костно-мышечной системы в отсутствии нормальной гравитационной нагрузки наступают быстро и постоянно прогрессируют, носят как функциональный, так и морфологический характер. Например, в работе крупного международного коллектива исследователей в эксперименте с подвешиванием одной из нижних конечностей показано, что процесс протеолиза в мышечной ткани, измерявшийся методом микродиализа маркера миолиза 3-метилгистидина из мышечного интерстиция, отчетливо выражен уже через 72 часа от начала эксперимента [18].

К сожалению, пока не удается найти адекватных мер противодействия этим неблагоприятным процессам, включая использование и т.н. искусственной гравитации. Более того, восстановление при возвращении к нормальной силе тяжести и положению тела в пространстве не является совершенным. В частности, не отмечается нормализации структуры костной ткани в наиболее пострадавших сегментах опорно-двигательного аппарата: нижних конечностях, костях таза и позвоночника. Процессы резорбции продолжаются, а адекватного образования костной ткани не происходит [1, 7, 10, 19].

Возникает естественный вопрос, а не являются ли обнаруживаемые в ходе микрогравитационных экспериментов изменения костной и мышечной тканей просто следствием длительной малоподвижности испытуемых? Ответ на этот вопрос дают две группы исследователей: Манчестерского университета, Великобритания, и Приморского университета, Копре, Словения, которые представили данные о динамике изменения морфологических и функциональных характеристик отдельных мышц в ходе 5 недельного пребывания испытуемых на койке в горизонтальном положении. Сравнивались 2 группы мышц: (1)разгибатели нижней конечности, т.н. антигравитационные мышцы, и (2)мышцы нижней конечности, существенно не участвующие в противодействии гравитации, а также двуглавая мышца плеча. Оказалось, что в результате эксперимента со симулированной микрогравитацией во всех антигравитационных мышцах развились достоверные морфо-функциональные изменения. В мышцах же негравитационного комплекса, несмотря на такую же длительную гиподинамию, заметных изменений выявлено не было [6, 23]. Этот эксперимент убедительно показывает, что причиной гипотрофии мышц, вовлеченных в противодействие силе тяжести, определенно является именно отсутствие воздействия на них силы тяжести, более точно, их ориентация по отношению к вектору силы тяготения под углом 90°, а не гиподинамия. Также вероятно наличие системной сигнализации со стороны костей бедра и голени, о чем уже говорилось выше.

Конкретные молекулярные механизмы индуцированных микрогравитацией изменений тканей в последние два года (2008–2009 гг.) подверглись тщательному исследованию.

Большая группа китайских ученых отдела нейробиологии Харбинского медицинского университета изучала сущность молекулярно-генетических механизмов повреждения клеток и тканей в условиях микрогравитации. Опыты проводились на клеточной культуре PC12 в условиях симулированной микрогравитации путем вращения сосуда с культурой. О динамике процесса деградации клеток судили по накоплению энзима β-галактозидазы, считающейся маркером клеточного старения. Установлено, что под влиянием микрогравитации в клетке повышается уровень агрессивных окислительных субстанций. В ответ на это соответственно увеличивалась активность антиоксидантных ферментов, таких как супероксид дисмутаза и глютатион-пероксидаза. Однако после первых 12 часов воздействия микрогравитации и связанного с ним окислительного стресса антиоксидантный процесс свою активность истощал. В результате в дело вступили стандартные механизмы защиты стабильности генома в виде активации протеинов p53 и p16 и, в конечном счете, начинала нарастать концентрация β-галактозидазы. Т.о., ускоренная деградация клеток под воздействием микрогравитации связана с развитием в клетках некомпенсированного окислительного стресса с последующим запуском механизма апоптоза [17].

Протеин p53, современное название «клеточный опухолевый антиген p53» (Cellular tumor antigen p53); в случаях угрозы целостности клеточного генома, например, при воздействии на клетку ионизирующей радиацией, останавливает клеточный цикл в фазе G₁, т.е. роста, т.с. предотвращая клеточное деление до исправления повреждений хромосом, а в случае невозможности исправления – инициирует апоптоз, программированное клеточное самоуничтожение, состоит из 393 аминокислотных остатков, молекулярная масса 43,653 kDa, кодируется на хромосоме 17 [15].

Защитный характер апоптоза в условиях микрогравитации подтверждается в опытах воздействия на клетки ионизирующей радиации, вызывающей разрывы нитей ДНК с последующей их саморепарацией. Коллектив биологов Падуанского университета, Италия, подвергал воздействию γ-лучей лимфоциты периферической крови человека. Затем облученные лимфоциты разделялись на две части. Одну из них помещали в условия обычной гравитации, другую – в условия микрогравитации. В обеих группах изучали динамику восстановления двойных разрывов, т.е. обеих нитей, ДНК. Как через 6, так и через 24 часа после облучения количество очагов повреждения ДНК в клетках, помещенных в условия микрогравитации, было достоверно больше, а уровень индуцированного апоптоза выше, чем в клетках, находившихся в под воздействием нормальной силы тяжести [5].

Снижение экспрессии генов, контролирующих репарацию ДНК, в опытах на культуре человеческих лимфоцитов, находящихся в условия микрогравитации, продемонстрировано также учеными из отдела биологии Южно-Техаского университета, Хьюстон, штата Техас, США [12].

Конкретные механизмы повреждения эндотелия сосудов под воздействием микрогравитации изучались большой группой исследователей университета Шарите, Берлин, Германия. В частности, уже через 24 часа от начала экспозиции эндотелиальных клеток микрогравитации в них в 6-8 раз повышался уровень IL-6 и IL-8, количество NF-κB p50 удваивалось, а p65 учетверялось [8].

NF-κB p50 представляет собой субъединицу ядерного фактора каппа Б с молекулярной массой 50 kDa, состоит из 433 аминокислотных остатков, образуется в результате т.н. котрансляционного процессинга из NF-κB p105, кодирующий ген которого NFKB1 находится на хромосоме 4, обнаружен во всех видах клеток, присоединяясь к определенным участкам хромосом, индуцирует синтез белков, в т.ч. с провоспалительными и проапоптотическими свойствами [14].

Заключение

Представленный обзор наглядно демонстрирует поразительный изоморфизм состояния человека в условиях невесомости и больного на койке.

С первого дня пребывания в стационаре у лежачего больного быстро развиваются дегенеративные процессы, патогенетически связанные не с его основным заболевание, а с его нахождением поперек гравитационного вектора. Конечно, нозологическая специфика вносит свой вклад в общую клиническую картину данного больного. Но можно считать, что каждый лежачий больной, помимо своей индивидуальной, страдает также общей «микрогравитационной» болезнью.

Из обзора также следует принципиально важный вывод о том, что для лечения этой микрогравитационной болезни пока нет другого способа, кроме перемещения больного в ортостатическое положение с приложением весовой нагрузки на нижние конечности.

Также из обзора следует, что поднимать и ставить больного надо как можно раньше. По сути, счет времени идет на часы.

В свете приведенного в обзоре фундаментального медико-биологического материала вертикализацию больного следует считать ключевым направлением всей системы его реабилитации и саногенеза.

Автор:  Щербак С.Г. / Терешин А.Е. / Крассий А.Б.
Дата публикации:  28.10.2011