Система PortaLite mini (Artinis, Medical Systems BV, Нидерланды), работающая на длинах волн ~ 750 и 850 нм, была адаптирована для измерения гемодинамических изменений во фронтальной коре фридайверов во время погружения на глубину. Методы измерения в этом случае потребовали адаптации БИКС-инструментов к суровым морским условиям, включая такие проблемы, как вероятность короткого замыкания в соленой воде, высокое гидростатическое давление, ограничение на размер и материал инструмента, а также лимит на передачу данных.
Система оперировала тремя источниками света, расположенными соответсвенно на расстоянии 30/35/40мм от общего детектора. Этот БИКС сенсор был переоборудован под условия морской среды и переименован в PortaDiver.
Светодиоды и фотодиод PortaDiver были помещены в специальный герметичный непрозрачный корпус, а он в свою очередь в силиконовый контейнер. Сам корпус был залит эпоксидной смолой для дополнительной герметичности и защиты оптического оборудования. При этом внешняя поверхность диодов и фотодиодов не были закрыты, чтобы не нарушить оптическую схему. Источники и приемники света были залиты прозрачным эластичным полиуретаном, чтобы создать комфортное соприкосновение с кожей, повторяющее контур головы фридайвера. Головка датчика была подключена кабелем к водонепроницаемому корпусу записывающего устройства, которое управлялось по Bluetooth и могло быть активировано магнитным ключом снаружи. Учитывая ограничения емкости хранения данных, устройство писало на частоте 10 Гц. В дополнение к оптическим измерениям использовалось так называемое устройство биологгирования (устройство Little Leonardo W1000-PD3GT, Токио, Япония) — для фиксации параметров окружающей среды: ускорения по трем осям (32 Гц), глубины погружения (1 Гц), температуры (1 Гц) во время погружения.
Итак, с помощью PortaLite mini был проведен эксперимент с погружением на глубину до 107 метров.
В цитируемой статье рассматриваются результаты исследования влияния на мозг длительной задержки дыхания у опытных фридайверов во время тренировок с глубоким погружением. Под воздействием экстремальных условий, которым подвергаются фридайверы, происходят быстрые изменения гидростатического давления, температуры, физической нагрузки и даже асфиксия (кислородное голодание организма и избыток углекислоты в крови и тканях). Таким образом, фридайвинг связан с риском гипоксического обморока, который может привести к летальному исходу. Особенно это может быть выражено во время всплытия после глубокого погружения, когда нарушается газообмен. Прямых наблюдений за гемодинамическим ответом при развивающейся критической гипоксии никогда не проводилось. Используя систему NIRS (БИКС), было проведено измерение 17 погружений на глубину до 107 метров, продолжительностью до 4 минут на одном вдохе у 5 добровольцев-фридайверов. Были идентифицированы различные типы гемодинамических ответов на условия погружения. Наблюдалось изменение в объеме крови в мозгу, выраженное в форме волны сердечного пульса как функция глубины погружения и сердечного ритма.
На рисунке ниже — 2 примера погружения на двух разных глубинах и моделях движения фридайверов.
По всей видимости “упаковка легких” (глоссофарингеальный вдох, используется фридайверами для увеличения общего объема легких) вызвала снижение оксигемоглобина с последующим падением общего гемоглобина и индекса сатурации до начала погружения.
После погружения оксигемоглобин и общий гемоглобин выросли, превысив значение до погружения, и восстановление индекса сатурации до уровня “упаковки легких”. В течение оставшейся части погружения эти параметры различались в зависимости от конкретного погружения фридайвера, это может быть связано с различиями между людьми, глубиной погружения, продолжительностью и дисциплиной. В первом примере гемодинамические изменения привели к тому, что сатурация оставалась на уровне до погружения на протяжении всего процесса. Во втором примере, однако, при высоком индексе сатурации на протяжении всего процесса погружения, во время всплытия этот индекс снизился, причем особенно это было заметно на последних 10-15 метрах при растущих уровнях гемоглобина и общего гемоглобина. Этот феномен низкого индекса сатурации в сочетании с растущим общим гемоглобином, вызванный повышением гемоглобина, наблюдался в 8 погружениях из 17, причем это были самые глубокие и продолжительные погружения, совершенные участниками эксперимента.
Появление более удобных портативных устройств привело к росту интереса к методу БИКС (fNIRS), т.к. он является неинвазивным методом измерения мозгового кровотока (гемодинамики). Это безусловно расширяет БИКС приложения в условиях, приближенных к естественным и даже экстремальным. Изучение мозга в различных условиях может пролить свет на важные аспекты в понимании контроля перфузии крови (прохождение через кровеносную систему к органу или ткани) и газообмена в головном мозге.
Источники:
