Патофизиологические аспекты микрогравитации и гравитационной терапии при сердечно-сосудистых заболеваниях

   Проблематика последствий современного малоподвижного образа жизни, постельного режима и изменений, наблюдаемых в пожилом возрасте, демонстрирует сходные механизмы развития с явлениями детренированности в космосе из-за гравитационной депривации, которые трактуются как нарушения механотрансдукции и многими авторами рассматриваются в свете патофизиологии неподвижности. Теория тенсегрити может быть основой понимания значения внешних и внутренних механических сил, влияющих на биологический контроль на молекулярном и клеточном уровнях в условиях, связанных с резким и устойчивым исчезновением сигнала гравитационного вектора. Микрогравитация вызывает серьезную потерю плотности костей и силы скелетных мышц, ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы, ослабление иммунной системы и другие нарушения. Воздействие на организм человека с лечебной и профилактической целью различными по величине параметрами искусственной силы тяжести является современной и высокоэффективной технологией восстановительной медицины.

   Целью лекции является обобщение наиболее важных выводов об эффектах и патогенетических механизмах гравитационной терапии различных заболеваний, в основном сосудистых патологий, по данным научной литературы.

1. Panigada M., Berra L. Gravity. It′s not just a good idea. It′s the law. Minerva Anestesiol. 2011; 77 (2): 127–128.

2. Метелкин А. А., Соколовская А. А., Сергеева Е. А., Зыбин Д. И., Попов М. А. Физиологическая адаптация клеток сердечно-сосудистой системы к условиям микрогравитации. Патогенез. 2022; 20 (2): 4–10. doi: 10.25557/2310-0435.2022.02.4-10

3. Meck J. V., Dreyer S. A., Warren L. E. Long-duration head-down bed rest: project overview, vital signs, and fluid balance. Aviat. Space Environm. Med. 2009; 80 (5 Suppl.): A1–8. doi: 10.3357/asem.br01.2009

4. Pavy-Le Traon A., Heer M., Narici M. V., Rittweger J., Vernikos J. From space to Earth: advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006). Europ. J. Appl. Physiol. 2007; 101 (2): 143–194. doi: 10.1007/s00421-007-0474-z

5. Space Physiology and Medicine / Eds. A. E. N. Nicogossian, C. L. Huntoon, S. L. Pool. Philadelphia: Lea and Febiger; 1994: 481 p.

6. Space Physiology and Medicine / Eds. A. E. Nicogossian, J. F. Parker. Washington: NASA; 1982: 324 p.

7. Sandler H., Vernikos J. Inactivity: physiological effects. New York: Academic Press; 1986; 222 p.

8. Vernikos J., Schneider V. S. Space, Gravity and the Physiology of Aging: Parallel or Convergent Disciplines? A Mini-Review. Gerontology. 2010; 56 (2): 157–166. doi: 10.1159/000252852

9. Isasi E., Isasi M. E., van Loon J. J.W. A. The application of artificial gravity in medicine and space. Front. Physiol. 2022; 13: 952723. doi: 10.3389/fphys.2022.952723

10. Pierson D. L., Mehta S. K., Stowe R. P. Reactivation of latent herpes viruses in astronauts / In: Psychoneuroimmunology (Vol. 1) / Ed. R. Ader. Amsterdam: Elsevier; 2008: 851-868.

11. Martin Paez Y., Mudie L. I., Subramanian P. S. Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS): A Systematic Review and Future Directions. Eye Brain. 2020; 12: 105–117. doi: 10.2147/EB. S234076

12. Roberts D. R., Albrecht M. H., Collins H. R., Asemani D., Chatterjee A. R., Spampinato M. V., Zhu X., Chimowitz M. I., Antonucci M. U. Effects of Spaceflight on Astronaut Brain Structure as Indicated on MRI. New Engl. J. Med. 2017; 377 (18): 1746–1753. doi: 10.1056/NEJMoa1705129

13. Stepanek J., Blue R. S., Parazynski S. Space medicine in the era of civilian spaceflight. New Engl. J. Med. 2019; 380 (11): 1053–1060. doi: 10.1056/NEJMra1609012

14. Потехина Ю. П., Филатова А. И., Трегубова Е. С., Мохов Д. Е. Механосенситивность различных клеток: возможная роль в регуляции и реализации эффектов физических методов лечения (обзор). Современные технологии в медицине. 2020; 12 (4): 77–90. doi: 10.17691/stm2020.12.4.10

15. Ingber D. E. Tensegrity-Based Mechanosensing from Macro to Micro. Prog. Biophys. Molec. Biol. 2008; 97 (2–3): 163–179. doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2008.02.005

16. Rubin C., Turner A. S., Muller R., Mittra E., McLeod K., Lin W, Qin Y. X. Quantity and quality of trabecular bone in the femur are enhanced by a strongly anabolic, noninvasive mechanical intervention. J. Bone Miner Res. 2002; 17 (2): 349–357. doi: 10.1359/jbmr.2002.17.2.349

17. Rubin C. T., Capilla E., Luu Y. K., Busa B., Ceawford H., Nolan D. J., Mittal V., Rosen C. J., Pessin J. E., Judex S. Adipogenesis is inhibited by brief, daily exposure to high frequency, extremely low-magnitude mechanical signals. Proc. nat. Acad. Sci. USA. 2007; 104 (45): 17879–17884. doi: 10.1073/pnas.0708467104

18. Arbab-Zadeh A., Dijk E., Prasad A., Fu Q., Torres P., Zhang R., Thomas J. D., Palmer D., Levine B. D. Effect of aging and physical activity on left ventricular compliance. Circulation. 2004; 110 (13): 1799–1805. doi: 10.1161/01.CIR.0000142863.71285.74

19. Bachl N., Baron R., Tschan H., Mossaheb M., Bumba W., Hildebrand F., Knauf M., Witt M., Albrecht R., Kozlovskaya I. et al. Principles of muscle efficiency in weightlessness (in German). Wien Med. Wochenschr. 1993; 143: 588–610.

20. Vernikos J. The G-Connection: Harness Gravity and Reverse Aging. Lincoln: iUniverse; 2004; 294 p.

21. Pietramaggiori G., Liu P., Scherer S. S., Kaipanen A., Prsa M. J., Mayer H., Newalder J., Alperovich M., Mentzer S. J., Konerding M. A., Huang S., Ingber D. E., Orgill D. P. Tensile forces stimulate vascular remodeling and epidermal cell proliferation in living skin. Ann. Surg. 2007; 246 (5): 896–902. doi: 10.1097/SLA.0b013e3180caa47f

22. Silver F. H., DeVore D., Siperko L. M. Role of mechanophysiology in aging of ECM: effects of changes in mechanochemical transduction. J. Appl. Physiol. 2003; 95 (5): 2134–2141. doi: 10.1152/japplphysiol.00429.2003

23. Капитонова М. Ю., Кузнецов С. Л., Фромминг Г. Р.А., Муид С., Нор-Ашикин M. H. K., Отман С., Шахир А. Р. М., Навави Х. Влияние факторов космического полета на морфофункциональные особенности эндотелиальных клеток. Бюл. экспер. биол. и мед. 2012; 154 (12): 766–771. doi: 10.1007/s10517-013-2059-7

24. Versari S., Longinotti G., Barenghi L., Maier J. A., Bradamante S. The challenging environment on board the International Space Station affects endothelial cell function by triggering oxidative stress through thioredoxin interacting protein over-expression: the ESA- SPHINX experiment. FASEB J. 2013; 27 (11): 4466–4475. doi: 10.1096/fj.13-229195

25. Owens G. K., Kumar M. S., Wamhoff B. R. Molecular regulation of vascular smooth muscle cell differentiation in development and disease. Physiol. Rev. 2004; 84 (3): 767–801. doi: 10.1152/physrev.00041.2003

26. Liu C., Zhong G., Zhou Y., Yang Y., Tan Y., Li Y., Gao X., Sun W., Li J., Jin X., Cao D., Yuan X., Liu Z., Liang S., Li Y., Du R., Zhao Y., Xue J., Zhao D., Song J., Ling S., Li Y. Alteration of calcium signalling in cardiomyocyte induced by simulated microgravity and hypergravity. Cell Prolif. 2020; 53 (3): 12783. doi: 10.1111/cpr.12783

27. Барышников А. Ю., Шишкин Ю. В. Иммунологические проблемы апоптоза. М.: Эдиториал УРСС; 2002; 320 с.

28. Respress J. L., Gershovich P. M., Wang T., Reynolds J. O., Skapura D. G., Sutton J. P., Miyake C. Y., Wehrens X. H. Long-term simulated microgravity causes cardiac RyR2 phosphorylation and arrhythmias in mice. Int. J. Cardiol. 2014; 176 (3): 994–1000. doi: 10.1016/j.ijcard.2014.08.138

29. Яшков А. В. Методологические аспекты гравитационной терапии. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2013; 12 (2): 3–6.

30. Бируля А. А. Применение гравитационной терапии в медицинской практике. Воен. мед. 2020; 3: 78–84.

31. Гафарова Э. А., Гасанова И. Х., Верченко И. А., Кирсанова Н. В. Влияние гравитационных перегрузок на различные органы и системы. Национальная ассоциация ученых (НАУ). 2015; 5–4 (10): 17–20.

32. Isasi E. S., Isasi M. E. Human centrifugation machine a physiological stimulator of endogenous prostaglandin synthesis. Acta Physiol. Pharmacol. Ther. Latinoam. 1992; 42 (1): 9–12.

33. Isasi M. E., Isasi E. S. Gravitational stress effects on digital pulses in patients with hypertension // In: VI World Congres of Cardiac Rehabilitation. Buenos Aires; 1996: 84–89.

34. Isasi E. S., Cassinelli A., Vignale R., Isasi M. E. Gravitational stress in systemic sclerosis // In: VIIIth World Congres of Cardiology. Rio de Janeiro; 1998: S259.

35. Moncada S. Adventures in vascular biology: A tale of two mediators. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2006; 361 (1469): 735–759. doi: 10.1098/rstb.2005.1775

36. Watenpaugh D. E., Breit G. A., Buckley T. M., Ballard R. E., Murthy G., Hargens A. R. Human cutaneous vascular responses to whole-body tilting, Gz centrifugation, and LBNP. J. Appl. Physiol. 2004; 96 (6): 2153–2160. doi: 10.1152/japplphysiol.00198.2003

37. Habazettl H., Stahn A., Nitsche A., Nordine M., Pries A. R., Gunga H. C., Opatz O. Microvascular responses to (hyper-)gravitational stress by short-arm human centrifuge: arteriolar vasoconstriction and venous pooling. Europ. J. Appl. Physiol. 2016; 116 (1): 57–65. doi: 10.1007/s00421-015-3241-6

38. Ando J., Yamamoto K. Vascular mechanobiology endothelial cell responses to fluid shear stress. Circ. J. 2009; 73 (11): 1983–1992. doi: 10.1253/circj.cj-09-0583

39. Davies P. F. Hemodynamic shear stress and the endothelium in cardiovascular pathophysiology. Nat. Clin. Pract. Cardiovasc. Med. 2009; 6 (1): 16–26. doi: 10.1038/ncpcardio1397

40. Gustafsson H. Vasomotion and underlying mechanisms in small arteries. An in vitro study of rat blood vessels. Acta Physiol. Scand. 1993 (Suppl.); 614: 1–44.

41. Helden D. F. V., Zhao J. Lymphatic vasomotion. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2000; 27 (12): 1014–1018. doi: 10.1046/j.1440-1681.2000.03368.x

42. von der Weid P. Y. Review article: Lymphatic vessel pumping and inflammation-the role of spontaneous constrictions and underlying electrical pacemaker potentials. Aliment. Pharmacol. Ther. 2001; 15 (8): 1115–1129. doi: 10.1046/j.1365-2036.2001.01037.x

43. Murphy T. V., Spurrell B. E., Hill M. A. Cellular signalling in arteriolar myogenic constriction: Involvement of tyrosine phosphorylation pathways. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2002; 29 (7): 612–619. doi: 10.1046/j.1440-1681.2002.03698.x

44. Sacchetti C., Bottini N. Protein tyrosine phosphatases in systemic sclerosis: Potential pathogenic players and therapeutic targets. Curr. Rheumatol. Rep. 2017; 19 (5): 28. doi: 10.1007/s11926-017-0655-7

45. Котельников Г. П. Повышенная гравитационная нагрузка в системе реабилитационных мероприятий у травматологоортопедических больных // В сб.: VI съезд травматологов-ортопедов России: Тезисы докладов. Н/Новгород; 1997: 820 с.

46. Котовская А. Р., Шипов А. А., Виль-Вильямс И. Ф. Медико-биологические аспекты проблем создания искусственной силы тяжести. М.: Слово; 1996; 203 с.

47. Белоглазова М. В., Акулов В. А. Информационно-измерительная система для гравитационной терапии. Образовательные ресурсы и технологии. 2015; 3 (11): 66–73.

48. Галкин Р. А., Котельников Г. П., Макаров И. В., Опарин А. Н. Применение гравитационных перегрузок в терапии облитерирующего атеросклероза артерий нижних конечностей. Вестн. хир. им. И. И. Грекова. 2003; 162 (1): 82–85.

49. Isasi M. E., Isasi E. S., Carrera C., Martino J. C., Touya E. Brief and intensive centrifugation treatment in peripheral ischemia evaluation by radionuclide angiography and photopletysmography: 5^th World Congress of Nuclear Medicine and Biology. Europ. J. Nuclear Med. Montréal; 1990: S30.

50. Isasi M. E., Tahmazian N., Isasi E. S. Gravitational stress effects in coronary arthery disease: 25^th World Congress of Internal Medicine. Cancun; 2000: S16.

51. Isasi M. E., Isasi E. S., Touyá E. Evaluation of the treatment of obstructive peripheral arteriopathies with centrifugal force (+Gz) // In: Radionuclide angiography and photoplethysmographic studies. New perspectives in nuclear medicine / Eds. P. H. Cox, E. Touyá. New York, London, Paris, Montreaux, Tokyo: Gordon and Breach Science Publishers Inc; 179–186.

52. Isasi E. S., Isasi M. E., Touya E. Human centrifugation: A mechanical stimulus related with prostaglandins liberation. Lymphoscintigraphic evaluation in 5^th World Congress of Nuclear Medicine and Biology. Europ. J. Nuclear Med. 1990: S30.

53. Isasi E. S., Isasi M. E., Iribarne S. E. Human centrifugation: New approach in the treatment of diabetic background retinopathy (preliminary communication). Acta Physiol. Pharmacol. Ther. Latinoamer. 1992; 42 (1): 1–7.

54. Gashev A. A., Zawieja D. C. Hydrodynamic regulation of lymphatic transport and the impact of aging. Pathophysiology. 2010; 17 (4): 277–287. doi: 10.1016/j.pathophys.2009.09.002

55. Koller A., Mizuno R., Kaley G. Flow reduces the amplitude and increases the frequency of lymphatic vasomotion: Role of endothelial prostanoids. Amer. J. Physiol. 1999; 277 (6): R1683–1689. doi: 10.1152/ajpregu.1999.277.6.R1683

56. Isasi M. E., Isasi E. S. Gravitational therapy in lymphedema Heart disease: New trends in research, diagnosis and treatment // In: Proceedings of the 2^nd International Congress on Heart Disease / Ed. A. Kimchi. Washington D. C., USA: Medimond Medical Publications; 2001: 799–803.

57. Isasi M. E., Isasi E. S. Gravitational stress in the treatment of patients with lymphedema // In: 21^st World Congress of Dermatology. Buenos Aires; 2007: 302–302.

58. Isasi M. E., Isasi E. S., Touyá E. The role of human centrifugation in the treatment of reflex sympathetic distrophy syndrome // In: 5^th World Congress on Nuclear Medicine and Biology. Montréal; 1990: S29.

59. Isasi M. E., Acuña-Mourin M., Isasi E. S. Gravitational stress in complex pain regional syndrome (CPRS) // In: 9^th World Congress on Pain. Vienna; 1999: 51–53.

60. Neumeister M. W., Romanelli M. R. Complex regional pain syndrome. Clin. Plast. Surg. 2020; 47 (2): 305–310. doi: 10.1016/j.cps.2019.12.009

61. Baron R., Maier C. Reflex sympathetic dystrophy: Skin blood flow, sympathetic vasoconstrictor reflexes and pain before and after surgical sympathectomy. Pain. 1996; 67 (2–3): 317–326. doi: 10.1016/0304-3959(96)03136-3