Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии

Физиологические ритмы при перемещении человека в условия высокогорья и пустыни

Автореферат докторской диссертации по биологии

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
 Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
 

Федорова Ольга Игоревна

Физиологические ритмы при перемещении человека в условия высокогорья и пустыни

03.03.01 - физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск - 2011


Работа выполнена на кафедре зоологии и физиологии

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования Алтайский государственный

университет (г. Барнаул)

Научный консультант: д.м.н., профессор Сергей Георгиевич Кривощеков

Официальные оппоненты:аа д.м.н., профессор Ендропов Олег Васильевич

д.м.н., профессор Власов Юрий Александрович

д.м.н., Даниленко Константин Васильевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образо-

вательное учреждение высшего профессиональнонго образования Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск)

Защита диссертации состоится_____________ 2011 г. в______ час на зан

седании диссертационного совета Д. 001.014.01 в НИИ физиологии СО РАМН

(630117, г. Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 4, тел.: (383)3348961, факс

(383) 3359754).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ физиологии СО РАМН.

Автореферат разослан "___ "_______________ г.


Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н.


И.И. Бузуева


Общая характеристика работы




Актуальность исследования. В 1960 г. Ю. Ашофф предположил, что изнменения в луровне возбуждения (общей активности) организма могут индуцинровать изменения в циркадных ритмах, а разработка проблемы взаимосвязи между функциональным состоянием и характером циркадианной ритмичности является актуальным направлением хронобиологии (Turek F.W, 1989; Агаджа-нян. H.A. с соавт., 1998; Weibel L. е.а., 2002; Sage D. е.а., 2004). Гипотеза Ю. Ашоффа неоднократно подтверждалась при исследованиях человека и животнных в лабораторных условиях (Zacharska-Markiewiez К. е.а., 1988; Сорокин A.A. с соавт., 1990; Мошкин М.П., 1992; Баженов Ю.И., 1994; Арушанян Э.Б., 1999; Duffy J.F., Dijk D.-J., 2002).

Изменения хроноструктуры физиологических функций наблюдались при трансмеридианном (запад-^восток) перемещении человека в новые условия природной среды при значительном сдвиге фазы внешних времязадателей (Мошкин М.П. с соавт., 1979; Матюхин В.А., Кривощеков С.Г., Демин Д.В., 1986; Матюхин В.А., Путилов A.A., 1989; Ежов С.Н., 2005; Пацевич Ю.Л., Салюк В.И., 2008). Однако и трансширотные (север-^юг) перемещения, при которых свойства датчиков времени существенно не изменяются, также сопровождаютнся изменениями хроноструктурной организованности (Колпаков В.В., 1983; Матюхин В.А. и др., 1986; Степанова СИ., 1986; Слоним А.Д., 1987; Заславнская P.M. с соавт., 1997; Агаджанян H.A. с соавт., 1998; Кривощеков С.Г., Охотников СВ., 2000; Кривощеков С.Г. и др., 2003). Вопрос о хронобиологиче-ских изменениях, возникающих при функциональных напряжениях во время воздействия на организм стрессирующих факторов среды и адаптивном изменнении биосистем, и в том числе организма человека, недостаточно хорошо изунчен. В частности, изменению мезоров суточных ритмов, отражающих наиболее вероятный уровень физиологических функций в новых условиях, не уделялось должного внимания. Количество данных о характере первичных биоритмолонгических реакций в ответ на воздействие высокогорной гипоксии и природной гипертермии ограничено, а результаты выполненных работ не вполне удовлетвонрительны, поскольку физиологические параметры контролировались эпизодиченски, в разное время случайно выбранных суток (Новожилов Г.Н., Ломов О.П., 1987; Тигранян P.A. с соавт., 1990; Заславская P.M. с соавт., 1997). Вследствие этого, существует недостаточная или противоречивая информация об эволюции функционального состояния в начальный период действия новых природных условий. Отсутствуют данные о восстановлении биоритмологических характенристик при возвращении в привычные условия (реакклиматизации) после возндействия высокогорной гипоксии и природной гипертермии.

Несмотря на то, что в литературе накоплено достаточно много фактов, кансающихся биологической изменчивости параметров циркадианных ритмов -мезоров, акрофаз и амплитуд (Чибисов СМ. с соавт., 1994; Алпатов A.M., 2000; Айзман Р.И., 2001; Бородин Ю.И. с соавт., 2002; Хетагурова Л.Г. с соавт., 2005; Фатеева Н.М., Абубакирова О.Ю., 2006, 2008; Даниленко К.В., 2009), до нанстоящего времени не предложено теоретической модели, описывающей законномерности перенастройки ритмических процессов в разных частотных диапанзонах для отдельных систем организма при стрессогенном воздействии внешних

3


факторов, не затрагивающих состояние главного ритмозадателя - циклов суточнной освещенности. Подобная модель, описывающая межпараметрические разлинчия фазовой изменчивости циркадианных ритмов в обычных (хронодинамич-ность) и субэкстремальных (хронорезистентность) условиях, принципиальные закономерности и факторы изменчивости циркадианных амплитуд позволила бы определить физиологические границы ритмопреобразования и расширила сущенствующие представления о характере биоритмологических нарушений.

Из литературы известно, что стрессовое воздействие приводит к нарушеннию влияния центрального осциллятора на течение биологических ритмов и последующему их выходу из под синхронизирующего контроля главного пейс-мекера (Лурье СБ., 1990; Мошкин М.П., 1992; Meerlo Р. е.а., 1997; Weibel L. е.а., 2002; Попов A.B., Арушанян Э.Б., 2005). Наиболее часто авторы сообщают о прямой связи между уровнем стрессированности и нарушением хронострук-турной организованности (Мельников В.Н., 1984; Макаров В.И., 1989; Мошнкин М.П., 1992; Арушанян Э.Б., Бейер Э.В., 1998). С другой стороны, показано, что некоторый критический уровень глюкокортикостероидов в крови способстнвует стабилизации циркадных ритмов (Colguhaim W., Condon R., 1981).

В случаях, когда внешние или внутренние флуктуации нарушают стабильнность биорезонансных процессов, происходит динамическое изменение сопутнствующих суточному ритму высокочастотных гармоник (Daan S., Aschoff J., 1982; Gerkema M.P. e.a., 1990). Отдельные физиологические функции регулинруются разными осцилляторными подсистемами, которые сами управляют понступлением энергии от внутреннего или внешнего источника и осуществляют ее перераспределение между ритмами разных частот (Путилов A.A., 1989). Понэтому при внешних воздействиях, при изменении функционального состояния можно ожидать появление различных типов колебательных процессов для отндельных физиологических параметров. Однако на сегодняшний день это являнется лишь гипотезой, требующей проверки.

Проведенные к настоящему времени исследования по изучению хроност-руктуры физиологических функций при адаптации человека к высокогорной гипоксии (Окунева Г.Н. с соавт., 1987; Соломко А.П., 1989; Черноок Т.Б. с со-авт., 1990; Максимов А.Л. с соавт., 1990; Домияров СБ. с соавт., 1991) и услонвиям природной гипертермии (Отрепков П.С, 1986; Фрейнк А.И. с соавт., 1987) не позволяют ответить на ключевой вопрос: В чем заключается специфика ритмопреобразования после перемещения человека в субэкстремальные услонвия высокогорья или пустыни?.

Цель настоящего исследования: выявление общих и специфических харакнтеристик ритмов физиологических функций в инфра- и ультра-циркадианном частотных диапазонах у человека при действии условий высокогорья и пустыни.

Задачи работы:

1) определить типы переходной динамики физиологических функций понсле перемещения здоровых лиц в регионы с резко измененными геофизическинми условиями высокогорья и пустыни и при реадаптации в домашних условиях на основе анализа мезоров циркадианных ритмов показателей основных висценральных систем (дыхания, сердечно-сосудистой, терморегуляции, эндокринной, минерального обмена);

4


  1. изучить частотно-амплитудные характеристики физиологических функнций в инфра- и ультра-циркадианном частотных диапазонах в разных условиях среды;
  2. выделить константные и пластичные циркадианные ритмы по показатенлям вариабельности акрофаз и оценить межпараметрическую фазовую согласонванность в обычных и субэкстремальных условиях среды;
  3. выявить закономерности влияния внешних (температура среды) и внутнренних (среднесуточный уровень физиологических функций, концентрация кортизола в плазме) факторов на хроноструктуру физиологических ритмов.

Работа проводилась на кафедре физиологии человека и животных Алтайнского государственного университета в соответствии с тематическим планом госбюджетных НИР (№01.91.0054764) и была поддержана грантами Госкоминтета РФ по высшему образованию Биоритмологические аспекты адаптации ченловека к средовым факторам (№01.91.0054764 - 1991 г.), Циркадианная систенма человека в субэкстремальных условиях среды (№01.93.0054759 - 1993 г.), Ритмогенез и ритмопреобразование физиологических функций при адаптивном поведении биосистем (№01.2.00309687 - 2003 г.), грантом Федеральной целенвой программы Минобразования Валеология Хронобиологические механизнмы адаптации человека к экстремальным факторам природной среды в зависинмости от индивидуально-типологических свойств организма (№01.99.0011285 -1999 г.).

Научная новизна. Впервые с позиций теории управления систем проананлизированы типы переходной динамики физиологических функций (по данным мезоров суточных ритмов параметров гемодинамики, вариабильности сердечнного ритма, дыхания, теплового и водно-солевого состояния) и проведена класнсификация переходных процессов при 2-недельном воздействии гипоксических и высокотемпературных условий среды. Проведено сравнение биоритмологинческих реакций отдельных физиологических систем на воздействие высокогорнной гипоксии и природной гипертермии, а также скорости восстановления финзиологических функций после отмены возмущающих факторов среды.

На основании данных спектрального анализа ритмических процессов в ультра-циркадианном диапазоне впервые показано, что независимо от условий среды существует два класса физиологических ритмов, отличающихся по спонсобу их временной самоорганизации: 1) ритмы, для которых спектральная плотность ультрадианных составляющих преобладает над циркадианной; 2) ритмы, для которых спектральная плотность ультрадианных компонентов остается ниже циркадианной.

Установлено, что в условиях пустыни и особенно высокогорья ослабляется частотная взаимная синхронизация суточных ритмов вегетативных функций, что сопровождается усилением ультрадианной ритмичности.

Для циркадианных ритмов гемодинамики, вариабельности кардиоинтерва-лов, содержания натрия и калия в слюне и моче, кортизола плазмы установлена ранее не известная закономерность - прямо пропорциональная зависимость размаха суточных колебаний физиологических показателей от мезора, а для ритмов температуры тела и кожи, показателей газового состава крови и содернжания электролитов в эритроцитах - обратно пропорциональная зависимость.

5


Впервые количественно оценена вариабельность акрофаз циркадианных ритмов вегетативных функций с учетом межсуточной, межиндивидуальной, внутригрупповой и интраиндивидуальной изменчивости в разных условиях сренды. По показателям вариабельности периодов и акрофаз выделены фазово-устойчивые и фазово-пластичные циркадианные ритмы. Показано, что максинмум внутренней фазовой десинхронизации отмечается в 1-3-е сутки после пенремещения неакклиматизированных лиц в субэкстремальные условия.

Установлено, что как недостаточность, так и избыточность кортизола оканзывает десинхронизирующий эффект на суточные ритмы гемодинамики и сондержания электролитов в слюне и моче. Усиление ультрадианной активности диастолического давления, диуреза, экскреции натрия и калия, содержания нантрия в слюне прямо пропорционально уровню кортизола.

Показано, что инфрадианная (с периодами 2-8 суток) ритмичность физионлогических функций формируется под влиянием экзогенных факторов, одним из которых являются многодневные циклы температуры среды. Специфика ханрактеристик инфрадианных ритмов в высокогорье и пустыне определяется сончетанием мощности и среднединамического уровня средовых колебаний.

Теоретическая и практическая значимость работы. Показана диагнонстическая значимость выявления трендов мезоров суточных ритмов для опренделения типов переходной динамики и оценки напряжения регуляторных механнизмов в физиологических системах.

Обосновано и апробировано введение разработанного автором оригинальнного показателя - коэффициента ритмопреобразования для характеристики конлебательных режимов и оценки ультрадианной активности. Выявленная типонлогия ритмопреобразования в условиях высокогорья и пустыни расширяет представление о хронобиологических стратегиях приспособительных процеснсов у человека.

Данные о динамике мезоров циркадианных ритмов различных физиологинческих функций под влиянием внешних воздействий и при реакклиматизации, критических периодах изменения хроностуктуры при субэкстремальных возндействиях, взаимоотношении ламплитуда - мезор, влиянии внешней темперантуры и уровня кортизола плазмы на ритмические процессы имеют прогностинческое значение.

Результаты исследования используются при чтении специальных курсов Физиология адаптации и Хронобиология на биологическом факультете Алтайского государственного университета.

Положения, выносимые на защиту:

1. Перемещение неакклиматизированных лиц из регионов умеренного климата в условия высокогорья и пустыни сопровождается адаптивной перенстройкой динамики среднего уровня колебаний физиологических показателей -мезоров циркадианных ритмов вегетативных функций. Эти переходные пронцессы могут иметь моно-, двух-, полифазный или экспоненциальный характер, отражая фундаментальные свойства приспособительных реакций - функционнальную саморегуляцию или адаптивную самоорганизацию.

6


    • Формирование новой инфрадианной ритмичности физиологических функций в условиях высокогорья и пустыни определяется сочетанием мощнонсти и среднединамического уровня колебаний температуры среды.
    • В субэкстремальных условиях усиливается представленность ритмов ультрадианного диапазона большинства исследованных показателей. Уровень гормона стресса - кортизола - избирательно влияет на ультрадианную активнность различных параметров гемодинамики и водно-солевого состояния, в свянзи с чем он может рассматриваться в качестве регулятора процесса адаптивного ультраритмогенеза отдельных физиологических функций.
    • Для циркадианных ритмов показателей гемодинамики, длительности кардиоинтервалов и их вариабельности, содержания натрия и калия в слюне и моче, кортизола плазмы типична прямо пропорциональная зависимость размаха колебаний от мезора, тогда как ритмы показателей внутренней среды (темперантуры тела, газового состава крови и содержания электролитов в эритроцитах) демонстрируют обратно пропорциональную зависимость. Это свидетельствует о прямом участии биоритмологического механизма в управлении гомеостати-ческими функциями в адаптивном процессе.
    • Независимо от условий среды наибольшую фазовую стабильность пронявляют суточные циклы температуры тела, моды кардиоинтервалов, конценнтрации натрия и натрий-калиевого коэффициента слюны, кортизола плазмы, напряжения кислорода, оксигемоглобина, pH и электролитного состава крови.
    • В высокогорье и пустыне возрастает вариабельность циркадианных ак-рофаз физиологических ритмов, что сопровождается внутренним фазовым раснсогласованием, степень которого зависит от температуры среды и уровня корнтизола плазмы.

      СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
    		 Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
         Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии