Применение аппаратов интервального низкого давления у спортсменов
Интервальная вакуумная терапия разработана на основе технологии LBNPD в NASA (low body negative pressure device - устройство низкого давления для нижней части тела). Этот вид лечения используется для лечения сосудистых заболеваний нижних конечностей, для ускорения восстановления спортсменов, уменьшения отека нижних конечностей, лечения целлюлита и по другим показаниям.
В ЦИТО им. Н.Н. Приорова в отделении спортивной и балетной травмы было проведено лечение интервальным давлением с помощью устройства Vacusport 30 пациентам-спортсменам высокой квалификации после артроскопических резекций менисков, передних и задних стабилизирующих операций на коленном суставе. Все пациенты хорошо переносили процедуры. По сравнению с контрольной группой получено более быстрое уменьшение отека, болевого синдрома при занятиях ЛФК и ускорение рассасывания выпот по данным контрольных УЗИ.
Интервальная вакуумная терапия разработана на основе технологии LBNPD в NASA (low body negative pressure device - устройство низкого давления для нижней части тела) (http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do? id=1973-027A-51).
С помощью LBNPD в сочетании с упражнениями производят восстановление ортостатической толерантности у космонавтов после космических полетов (Watenpaugh DE et al., 2007). Также во время полетов LBNPD может оказывать положительный эффект на восстановление барорецепторного рефлекса и тонус вен в нижней части тела (Fortney SM, 1991). В сочетании с медикаментозной терапией LBNPD используется для лечения ортостатической гипотензии у космонавтов (Lathers CM et al., 1994).
Устройство аппарата
Рис. 1. Внешний вид аппарата Vacusport (Weyergans)
Аппарат интервальной вакуумной терапии состоит из цилиндрической камеры, в которую заключается нижняя часть тела пациента. Пациент лежит на спине, ноги и нижняя часть туловища находятся внутри камеры до уровня подвздошных гребней. На уровне талии диафрагма герметизирует внутреннее пространство, в котором находится нижняя часть тела. С помощью вакуумного насоса внутри камеры создается разрежение. Устройство циклически создает пониженное и атмосферное давление.
Рис. 2. Аппарат интервальной вакуумной терапии при работе
Под воздействием вакуума кровь оттекает из области с относительно высоким давлением (верхняя часть тела вне камеры) в область пониженного давления (нижняя часть тела внутри камеры), тем самым улучшается кровообращение в нижних конечностях. В результате оттока крови к нижним конечностям возникает снижение общего АД. В норме организм компенсирует перераспределение крови путем увеличения ЧСС и с помощью периферической вазоконстрикции. В результате оттока крови к нижним конечностям возникает снижение общего АД. (http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do? id=1973-027A-51; Esch BT et al., 2007).
Физиологические основы
Отрицательное давление в нижней части тела (ОДНЧТ) используется для моделирования гравитации и кровотечения, изменения преднагрузки и влияния на барорецепторы, также используется для обследования пациентов с сердечной недостаточностью, спортсменов, космонавтов и пожилых (Esch BT et al., 2007).
Применение отрицательного давления в нижней части тела позволяет манипулировать с венозным возвратом, моделируя, таким образом, контролируемую гиповолемию (Nette RW et al., 2003).
Отрицательное давление в нижней части тела используется в качестве обратимой симуляции кровопотери, модели ортостатического стресса, т.к. многие изменения нейро-сосудистой физиологии напоминают изменения при вертикальном и наклонном положении тела. И то и другое сравнительно разгружают кардиопульмональные и артериальные барорецепторы. Однако имеются различия в местных сосудистых явлениях. При интервальной вакуумной терапии висцеральные сосуды запустевают, в отличие от наклонного положения тела. При этом «запустевание» пропорционально отрицательному давлению и происходит с участием веноконстрикции (Taneja I et al., 2007).
Отрицательное давление в нижней части тела вызывает перемещение циркулирующего объема крови в нижние конечности и брюшную полость(живот) благодаря отрицательному давлению внутри устройства. Это перемещение крови вызывает снижение центрального венозного давления, ударного объема, сердечного выброса и в итоге падение артериального давления, которому должны противодействовать механизмы компенсации. В целом краткосрочный ответ состоит из изменения общего сопротивления сосудистого русла, тонуса вен, частоты и силы сердечных сокращений (Kappel F et al., 2007; Hisdal J et al., 2001).
Реакцией сердечно-сосудистой системы на снижение ударного объема и ЦВД является увеличение ЧСС и периферического сопротивления сосудов. Этот ответ включает уменьшение парасимпатического влияния на сердце, активацию симпатического ответа на сердце и периферические сосуды, повышение секреции катехоламинов, увеличение активности ренина плазмы и уменьшение высвобождения предсердного натрийуретического пептида (Gasiorowska A et al., 2006).
Прямо пропорционально приложенному отрицательному давлению в нижней части тела увеличивается количество деоксигенированного и общего гемоглобина в мышцах нижних конечностей. Количество оксигенированного гемоглобина значительно повышается при -10 мм рт. ст., и кривая зависимости количества оксигенированного гемоглобина от приложенного отрицательного давления выходит на плато при последующем его нарастании. Повышенное количество деоксигенированного и общего гемоглобина может служить показателем, что кровь задерживается в венозной системе, и увеличение объема крови соответствует изменению давления в нижней части тела. С другой стороны изменение оксигенированного гемоглобина отражает накопление крови в артериальной системе путем взаимодействия между механическим растяжением, вызванным отрицательным давлением, и симпатической вазоконстрикцией (Hachiya T et al., 2004).
У здоровых добровольцев ОДНЧТ вызывает снижение центрального венозного давления (ЦВД), начиная с ОДНЧТ -20 мм рт. ст., большие значения вызывают снижение индекса ударного объема и сердечного индекса (Nette RW et al., 2003).
Считается, что ОДНЧТ до -20 мм рт. ст. не вызывает изменения среднего артериального давления (Hisdal J et al., 2001). Артериальное давление обычно остается неизменным из-за увеличения общего периферического сопротивления и ЧСС, но при ОДНЧТ -40 мм рт. ст. и ниже может развиться гипотензия. У здоровых добровольцев риск гипотензии увеличивается при гиповолемии (Nette RW et al., 2003). По другим данным при ОДНЧТ -50 мм рт. ст. систолическое давление умеренно понижается, хотя среднее и диастолическое давление удерживается на определенном уровне при разном ОДНЧТ (Hachiya T et al., 2004).
Повышение ЧСС у здоровых субъектов происходит при применении ОДНЧТ в течение 5 минут при -50 мм рт. ст., в модели ортостатической неустойчивости - уже при -30 мм рт. ст. (Lathers CM et al., 1994).
При исследовании толерантности к ОДНЧТ выявили, что более молодые и спортивные и мужчины и женщины имеют более адекватный венозный тонус, однако, от этого не зависит переносимость максимального ОДНЧТ (Hernandez JP et al., 2004).
Хотя имеются половые различия в адренегрическом ответе, которые могут играть роль в толерантности к интервальной вакуумной терапии, и считается, что женщины имеют меньшую ортостатическую толерантность, в исследованиях не было получено различий в изменениях центрального венозного давления, седечно-сосудистой и барорецепторных реакциях среди мужчин и женщин (Franke WD et al., 2003).
При физиологических исследованиях показано, что у пациентов с диабетом 2 типа отмечается симпатическая дисфункция, однако сохранная церебральная ауторегуляция, что проявляется при интервальной вакуумной терапии снижением АД и скорости мозгового кровотока на фоне повышения ЧСС, хотя транспортная функция и сдвиг фаз остаются стабильными (Marthol H et al., 2007).
Влияние тренированности организма на ортостатическую толерантность двояко. Ортостатическая толерантность - способность поддерживать перфузию мозга при изменении положения тела. Считается, что на механизмы ее поддержания влияют возраст и тренированность (Hernandez JP et al., 2005).
Известно, что интенсивные тренировки, как и пребывание в постели, нарушают ортостатическую толерантность. Спортсмены с большой выносливостью имеют склонность к низкой ортостатической толерантности. При лабораторном моделировании ортостаза выносливые спортсмены имеют более выраженное уменьшение ударного объема при интервальной вакуумной терапии, чем нетренированные люди. Интенсивные тренировки на выносливость могут снижать ортостатическую толерантность в результате ремоделирования миокарда и более крутой кривой объем-давление, приводя к чрезмерному уменьшению ударного объема при вертикальном положении. Другие механизмы, задействованные в частой ортостатической непереносимости среди спортсменов, включают повышенную чувствительность каротидных барорецепторов и сниженную реактивность сосудов на симпатическую стимуляцию, также изменение тонуса вен нижних конечностей.
Последний фактор наименее значим. Также показано, что у выносливых тренированных людей при наклонном ортостатическом тесте выше капиллярная фильтрация в икроножных мышцах. Этот механизм также может играть роль в непереносимости гравитационных стимулов. С другой стороны, есть данные, что аэробные нагрузки не связаны с ортостатической непереносимостью и что стайеры имеют лучшую ортостатическую толерантность, чем нетренированные. В целом, умеренные тренировки не нарушают ортостатической толерантности у большинства здоровых мужчин и у некоторых лиц улучшают низкую толерантность (Gasiorowska A et al., 2006; Nazar K et al., 2006).
Поскольку установлено, что венозный отток в нижние конечности при ОДНЧТ имеет большее значение, чем в брюшную полость, считается, что у лиц с большей податливостью вен нижних конечностей будет повышенный отток крови при ОДНЧТ и, следовательно, меньшая толерантность к интервальной вакуумной терапии.
Депонированию крови в нижних конечностях препятствуют мышцы, а не жир или кости. Поэтому при потере мышечной массы нижних конечностей (при постельном режиме) увеличивается податливость вен нижних конечностей. Следовательно, силовые упражнения должны повышать толерантность к интервальной вакуумной терапии (Lawler LA et al., 1998).
Известно, что при старении увеличивается склонность к ортостатической гипотензии, что может увеличивать риск падений среди населения. В продольном исследовании выявлено, что 6-месячная программа тренировки выносливости у пожилых улучшает венозный тонус и не нарушает толерантности к интервальной вакуумной терапии (Hernandez JP et al., 2005).
Однако в другом продольном исследовании выявлено, что ни возраст, ни тренированность не влияют на толерантность к ортостатическому стрессу, моделируемому ОДНЧТ. Хотя наблюдаются различия в ответе на субмаксимальный ортостатический стресс в зависимости от возраста и тренированности, эти различия не распространяются на различия в толерантности (Hernandez JP et al., 2005).
Толерантность к интервальной вакуумной терапии увеличивается после повторных сеансов, что может достигаться усилением сократительной способности желудочков, снижением податливости периферических сосудов, адаптацией рефлекторных механизмов коррекции гипотензии и увеличением кровяного давления на уровне сердца (Yang CB et al., 2000).
Большинство исследований физиологических эффектов интервальной вакуумной терапии основаны на реакции на установившееся ОДНЧТ. Однако при установлении ОДНЧТ и возврате к атмосферному давлению могут наблюдаться транзиторные эффекты, такие как снижение среднего артериального давления при достижении ОДНЧТ (Hisdal J et al., 2002).
При быстром достижении и сбросе ОДНЧТ -20 мм рт. ст. наблюдаются изменения ЧСС, среднего артериального давления, ударного объема, при этом ответ сердечно-сосудистой системы ассиметричен, особенно в отношении ударного объема.
При подаче ОДНЧТ ударный объем медленно снижается в течение 50 с, возврат к атмосферному давлению приводит к быстрому повышению ударного объема к изначальному уровню менее чем за 10 с. Невральный ответ, который влияет на общее сосудистое сопротивление, недостаточно быстрый для компенсации быстрого изменения ОДНЧТ. Причина изменения среднего артериального давления заключается в том, что артериальные барорецепторы активируются наряду с барорецепторами низкого давления, которые чувствительны к ЦВД при быстром достижении и сбросе небольшого ОДНЧТ (Hisdal J et al., 2001).
Изменения параметров гемодинамики на уровне макроорганизма должны сопровождаться изменениями перфузии на уровне тканей. Так, ученые NASA и DLR (Deutsches Zentrum fьr Luft - und Raumfahrt) выявили, что использование устройств интервальной вакуумной терапии (устройства Vacumed и Vacusport фирмы Weyergans High Care AG) приводит к сильной дилатации капилляров и капилляризации и увеличению микро- и макроперфузии нижних конечностей (Lathers CM et al., 1994).
Подобные аппараты называют «внешним сердцем для нижней части тела». В отличие от применяемых в космической медицине устройств аппараты Vacustyler, Vacumed, Vacusport задают пульсирующее отрицательное давление с заданными интервалами.
Перемежающееся отрицательное и нормальное атмосферное давление способствует капилляризации и дилатации капилляров, они пропускают больше оксигенированной крови в конечности. В фазу нормального (атмосферного) давления венозная кровь и лимфа перемещаются в крупные сосуды (увеличение возврата). Ускорение микроперфузии и лимфодренажа приводит к повышению рН. Это может быть использовано для укрепления соединительной ткани (увеличение синтеза коллагена) и при лечении «целлюлита», который, как сейчас считают, связан с нарушением лимфодренирования. Поскольку разные протоколы применения интервальной вакуумной терапии стимулируют разные рефлексы и могут быть использованы для вызова разных специфических ответов (Goswami N et al., 2008), удлинение интервалов отрицательного давления используется для стимуляции артериальной перфузии, удлинение интервалов нормального давления - для увеличения венозного и лимфатического рефлюкса (http://www.vtstyler.co.uk/Vacustyler2.htm).
Эффекты у спортсменов
Хорошо известны эффекты ручного массажа и / или ручного лимфатического дренирования на восстановление спортсменов. При этом стимулируется венозный отток, ускоряется обмен артериальной и венозной крови, приводя к увеличению венозного возврата и увеличению артериального выброса. В дополнение снижается мышечный тонус и в мозге увеличивается концентрация эндорфинов. Было проведено исследование на 50 профессиональных спортсменах (каноисты, пловцы, гребцы, футболисты, теннисисты и легкоатлеты) эффективности восстановления спортсменов с помощью аппаратов интервальной вакуумной терапии.