Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
Физиологические ритмы при перемещении человека в условия высокогорья и пустыни
Автореферат докторской диссертации по биологии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТААпробация работы. Основные положения диссертации были доложены на всесоюзных и всероссийских конференциях и симпозиумах (Новосибирск, 1990; Новокузнецк, 1991; Барнаул, 1991; Ашхабад, 1992; Москва, 1990, 1994; Чебоксанры, 1993; Сыктывкар, 1994), Съезде Физиологического общества при РАН (Москнва, 1994), заседании комиссии Конкурсного центра грантов по фундаментальному естествознанию при Санкт-Петербургском университете (Петрозаводск, 1994), 2-м съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995), XVII, XIX, XX съездах Всероссийского физиологического общества им. И.П. Павлова (Роснтов на/Д., 1998; Санкт-Петербург, 2004; Барнаул, 2008), Международном симпонзиуме Эколого-физиологические проблемы адаптации (Москва, 1998), IV, V, VI съездах физиологов Сибири (Новосибирск, 2002; Томск, 2005; Барнаул, 2008), Всероссийской конференции Актуальные проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды (Ульяновск, 2004), Всероссийской научно-практической конференции Окружающая среда и здоровье (Пенза, 2004), Всенроссийской научной конференции Актуальные вопросы здоровья и среды обитанния современного человека (Ульяновск, 2005).
Публикации. По материалам исследования опубликовано 46 работ, в том числе 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Под мощностью (интенсивностью) сложных колебаний понимается сумма квадратов амнплитуд составляющих его простых колебаний. См.: Бишоп Р. Колебания. М., 1968. 144 с.
7
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 274 страницах маншинописного текста, содержит 57 рисунков, 31 таблицу, состоит из введения, обзора литературы, методической части, четырех глав собственных исследованний, заключения, выводов, библиографического списка (380 отечественных и 217 иностранных источника), приложения.
Материалы и методы. В исследовании участвовали коренные жители Синбири (студенты АлтГУ) в возрасте 20-24 лет, весом 48-70 кг, ростом 160-175 см., с одинаковым распределением мужчин и женщин в группах, физически нетреннированные и не адаптированные к гипоксии и гипертермии, представители утнреннего или смешанного хронотипа, определенного по методике О. Ostberg (1976). Испытуемые поддерживали стандартный режим сна и бодрствования: умеренную физическую активность (ходьба с выходом за пределы помещения, где проводилось обследование), 3-разовое принятие пищи, потребление воды -по потребности. Суточные исследования гемодинамики, внешнего дыхания, тенплового состояния, сбор слюны и мочи проводились по стандартной схеме: в 8, 12, 16, 20, 24 и 4 часа (забор крови для определения содержания электролитов и кортизола -7, 13, 19 и 1 час) в условиях физиологического покоя и темперантурного комфорта (222 С).
Первая группа (контрольная) включала 23 человека, обследовалась на равнине (г. Барнаул) в условиях среды, близких к комфорту (среднесуточные значения температуры воздуха составили за период исследования от 17,5 до 22,6 С, атмосферного давления - 739-735 мм рт. ст.). Обследование проводинлось в течение 16 суток с перерывом в одни сутки (всего 8 суток). Суточное опнределение газового состава крови, содержания электролитов в крови и моче осуществлялось с перерывом 3 суток (всего 4 суток).
Вторая группа (высокогорье) включала 14 человек, в течение двух суток перемещенных в условия высокогорья на высоту 3200 м над ур. м. (центральнный Тянь-Шань, пер. Туя-Ашу). В двух экспедиционных сериях проведено по 9 суточных исследований (с перерывом в одни сутки). В обеих сериях вариации среднесуточной температуры составляли 2,6-15,6 С, атмосферного давления -520,1-528, 3 мм рт. ст., что соответствовало величине парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе 95 мм рт. ст. против его значения на равнине 149 мм рт. ст.
Третья группа (пустыня) состояла из 14 человек, обследованных в аридных условиях г. Ашхабада и г. Нукуса (Приаралье) при среднесуточной температуре воздуха 28,4-34,6 С, отн. влажности 20,0-59%, скорости ветра 3,0-9,5 м/сек, атнмосферном давлении 734-737 мм рт. ст. В двух экспедиционных сериях провендено по 8 суточных исследований. В пустыне также обследовано 10 коренных жителей (однократно). Перед перемещением неакклиматизированных к гипокнсии и гипертермии лиц (1-я и 2-я группы) в субэкстремальные условия провондились суточные фоновые исследования (однократно), а на 5-7-е сутки после возвращения в исходные условия (г. Барнаул) - суточные измерения для оценки восстановления функционального состояния (однократно). Всего осуществлено 2298 комплексных регистрации физиологических параметров.
Методики исследования. Для изучения биоритмов в условиях высокогорья и пустыни выбраны следующие показатели основных биологических систем, вонвлеченных в адаптивную реакцию на воздействие гипоксии и гипертермии.
8
Тепловое состояние. Проводились измерения аксиллярной температуры, как показателя температуры тела (Тт) с помощью термометра "OMRON" (Японния-СССР) с цифровой индикацией показателей. Температура кожи измерянлась термометром ТПЭМ-1. Измерения температуры проводили в 7 точках: грудь (Тгр), спина (Теп), лоб (Тл), предплечье (Тпр), голень (Тгол), тыльная сторона кисти и стопы (Ткис и Тст). Рассчитывали средневзвешенную темперантуру кожи (СВТК) по V. Dinnar (1979).
Сердечно-сосудистая система. Аппаратом Рива-Роччи измеряли систолинческое (АДС) и диастолическое (АДД) давление по Короткову (мм рт. ст.), раснсчитывали пульсовое (ПД), среднединамическое (СДД) давление по формуле Хикема, минутный объем крови по формуле Старра (МОК, мл/мин), общее пенриферическое сопротивление сосудов по формуле ОПСС = СДДх1332х60/МОК (ОПСС, дин/с x см ) (Карпман В. Л., 1987), У О (мм). Электрокардиографические исследования проводились с помощью электрокардиографа ЭК/ТЦ-04. У испынтуемых в положении лежа записывалось ЭКГ на протяжении 130 кардиоцикнлов во 2-м стандартном отведении. Рассчитывались показатели вариационной пульсометрии по P.M. Баевскому (1984): средняя длительность кардиоинтерва-лов (RR, сек), мода кардиоциклов (Mo, сек); дисперсия (? , сек ), вариационный размах (??, сек), коэффициент вариации (KB, %), вегетативный показатель ритма (ВПР, усл. ед.), характеризующие активность автономного контура регунляции; амплитуда моды (АМо, усл. ед.), индекс напряжения (ИН, усл. ед.), конэффициент монотонности (КМ, усл. ед.), показатель адекватности процессов регуляции (ПАРП, усл. ед.), характеризующие активность симпатического звенна регуляции и участие центрального контура управления сердечным ритмом.
Дыхание и газообмен. Частота дыхания (ЧД, 1/мин) оценивалась визуальнно, жизненная емкость легких (ЖЕЛ, мл) - с помощью сухого спирометра. Для оценки чувствительности дыхательного центра к гипоксии и гиперкапнии иснпользовали пробы Штанге (время задержки дыхания на вдохе) (ВЗвд, сек) и Генче (время задержки дыхания на выдохе (ВЗвыд, сек) (Дембо А.Г., 1988). Определение минутного объема дыхания (МОД, л/мин) и потребления кислонрода (П02, мл/мин/кг) проводилось с помощью газоанализатора ММГ-7. Иснходные величины ЖЕЛ и ПОг приводились к условиям STPD. Показатели кинслотно-основного состояния (КОС) и газового состава артериализованной канпиллярной крови (ГСК) (pH, усл. ед.; р02, мм Hg; рС02, мм Hg) определяли на газоанализаторе АМЕ-1 (Дания) с последующим расчетом оксигенации (НвОг, %) и показателей буферных систем (стандартного бикарбоната, SB, мэкв/л, буферных оснований ВВ, мэкв/л, избытка (недостатка) буферных оснонваний BE, мэкв/л) по номограммам Зигаард-Андерсена.
Электролиты слюны, мочи, крови и кортизол плазмы. Собирались пробы крови из пальца (около 0,4-0,5 мл) в пробирку с гепарином, слюны (по 0,4 мл), 4-часовые порции мочи, объемы которых фиксировались. Определение конценнтрации натрия и калия в слюне (Na с, К с, мэкв/л, Na/Ke), моче (Na м, К м, мэкв/л), плазме и эритроцитах (К п, К э, Na э, мэкв/л) проводилось на пламенном фотометре FLAPHO-4 (Германия). На основании данных о диурезе (Д, мл/4 часа) и концентрации электролитов рассчитывалась экскреция за 4 часа (Na экс, К экс, мэкв/4часа). Определение кортизола плазмы (мкг/100 мл) проводилось безэкстракционным методом по оригинальной методике, основанной на конку-
9
ренции гормонов за связывающие места на эндогенном белке транскортине (Тинников A.A., Бажан Н.М., 1984). Данный фрагмент работы проделан на базе НИИЦиГ СО РАН совместно с Л.Н. Масловой.
Методы математического анализа. Для сравнения средних величин иснпользовались критерии Стьюдента (для больших выборок), Вульфа-Вилковица (для малых выборок), для определения вариабельности акрофаз - дисперсионнный анализ. Для установления связи межу признаками применялся регрессионнный и корреляционный анализ. Выявление многодневных трендов мезоров сунточных ритмов проводилось методом аппроксимации эмпирических рядов мантематическими функциями (Суранов А.Я., 1999). Для оценки колебательных процессов использовались методы: интерполяция прерывных временных рядов (Литтл Р.Дж., Рубин Д.Б., 1991); спектральный и кросс-спектральный анализ Фурье (Серебренников М.Г., Первозванский A.A., 1985), кластерный анализ. Везде в работе числовые данные выражались как среднеарифметическое значенние с ошибкой среднего. Использовался пакет программ STATISTICA (5).
Результаты и обсуждение
1. Динамика функционального состояния неакклиматизированных лиц в субэкстремальных условиях и в период реакклиматизации
Типы переходных процессов при воздействии гипоксии и гипертермии оценнивались по виду эмпирического ряда и путем аппроксимации динамических ряндов мезоров математическими функциями (Суранов А.Я., 1999). В проведенных нами исследованиях за стартовую точку принимались исходные уровни показатенлей (фон), полученные на равнине в условиях теплового комфорта.
Как следует из данных рисунков 1-8, в контроле показатели физиологиченских функций колеблются около уровней, соответствующих физиологической норме покоя. В высокогорье отмечается типичная реакция внешнего дыхания на гипоксическую гипоксию: повышение чувствительности дыхательного ценнтра к гипоксии и гиперкапнии (снижение ВЗвдох, ВЗвыд) и уменьшение ЖЕЛ со стабилизацией на новом уровне; учащение дыхания является транзиторный реакций - к концу экспедиционного периода ЧД восстанавливается до фоновонго уровня, что может свидетельствовать об усилении механизмов компенсации недостатка кислорода (рис. 1). В жарких условиях среды показатели внешнего дыхания имели собственные тренды, изменяясь, вероятно, в связи со стресс-реакцией (Yamauchi M. е.а., 1987) или тканевой гипоксией, возникающей вследствие артерио-венозного шунтирования и снижения давления (Гребне-ва H.H., Межецкая Л.Н.,1987) (рис. 1).
Гипервентиляция в высокогорье закономерно приводит к снижению рСОг и повышению pH крови, что компенсируются сдвигами буферных систем: значения SB и BE уменьшаются по отношению к контролю и фону и стабилизируются на сниженном уровне (рис. 2). На протяжении всего периода пребывания в горах уровень рОг остается сниженным, что подтверждает наличие гипоксической гинпоксии, однако НЬОг после первичного снижения приближается фоновому уровнню. Вероятно, после 7 суток проявляются эффекты компенсаторных реакций, нанправленных на повышение оксигенации (эритроцитоз, повышение сродства гемонглобина к кислороду и т.п.) (Балыкин М.В., 1988). Восстановление рСОг после двухнедельного периода согласуется с динамикой ЧД и pH (рис. 2).
10
|
50- |
|
u |
|
И |
411 |
O |
|
Ч |
|
30 |
|
ca |
|
20-1 |
|
s |
|
s ?! |
18 |
^н |
16 |
Ч |
|
? |
14 |
Х*-*-*- |
к^'Ч
Lw |
\кн-н
|
32,70252 132,4781 0,52501 0,70161
i h i
Y =16,27 + 0,70 X-0,05 X RA2а 0,89
т*-Ц-+-Ц^
Y =41,23+1,53 Х-0ДЗХ RA2а 0,80
Y =17,19-1,16 X + 0,23 X -0,013 X P = 0.2
12
4 3,21 W 2,8 ^ 2,4
нЧ*жЧ*'Ч"нЧ*ЧЧЧ-*
V.
у0а 2,51255
Alа 5,0491
tl 0,526
RA2а 0,64
tа *а 'а t------
уО 2,64806
Alа 0,39728
tl 1,85724
RA2аа 0,97
*жа tа Iа Iа iа iа iа i
13а 5а 7аа 9а 11 13аа 15
Суткиа исследования
Контроль
1а 3 5а 7аа 9 11131517
Фон Дниа адаптации
Высокогорье
'аа 'аа 'а Оа 3 5 7' 9 1113а 15
Фон Дниа адаптации
Пустыня
Рис. 1. Динамика мезоров суточных ритмов показателей внешнего дыхания
|
ад s
I 80
о
с.
ЧН-
А 1 tl
6 1,13 5 7 1 2 4,8829 1,7036
0,9 9
|
Я о. |
7,42 '7,40 7,3 8 7,3 6
26 24 22 20 18
|
OSI
и
gа 60
з
о"""40
е.
2 0
2?а 94
Оа 92
И
90
"н------- 1
.*.аа тта 3 7аа !а 3
Суткиаа исследования |
Ф она Дниа адаптации
Контрольа Высокогорье
Рис. 2. Динамика мезоров суточных ритмов газового состава крови
в контроле и высокогорье
Примечание: здесь и далее указаны виды уравнений аппроксимирующих функций, их конэффициенты, уровни значимости или коэффициенты детерминации.
11
В высокогорье наблюдаются типичные реакции на воздействие недостатка кислорода и умеренно сниженной внешней температуры: повышение перифенрического сопротивления сосудов, систолического и диастолического давления, уменьшение пульсового давления, ударного и минутного объема сердца (рис. 3), снижение температура тела и кожи (рис. 4).
Перемещение в аридную зону сопровождалось снижением показателей арнтериального давления, частоты пульса, ОПСС по отношению к среднединами-ческому уровню контроля и фона. МОК возрастал к концу экспозиции как комнпенсаторная реакция на падение ОПСС (рис. 3). В пустыне наблюдалось законномерное возрастание температуры тела и кожи: значения СВТК достигали субпредельных величин (Маркеева С.С. с соавт., 2008) (рис. 4).
^N^/H |
У~ |
-k |
-i |
|
130-, |
И |
|
? |
120 |
S |
|
^ |
1111 |
и |
|
fcL |
100 |
< |
|
90 J |
|
W) |
|
К |
44: |
S |
42- |
S |
40- |
38- |
|
ti |
36- |
34- |
|
32- |
|
зог |
|
Ifi |
|
? |
|
u |
|
* |
2600 |
u |
|
В |
2400 |
S |
2200 |
2000 |
|
1800 |
|
a |
1600 |
u |
Ы) Суткиаа исследования
/-
Фон
?i h
yOаа 116,31044
Al -30,24925
tlа 0,66924
RA2а 0,87909
yOаа 32,85591
Al 7,96754
tlа 3,27421
? |
RA2 0,91759
T?
yOа 2524,41
Alаа -1487,03
tlа 1,18
RA2аа 0,93
1а 3 5 7аа 11 13а 15 17
Дниа адаптации
yO 30,72288
Alа 9,35258
tl 1,72614
i_i |
RA2а 0,97968
жm
Aаа 1885,22907
BIаа -223,4 6328
B2 45,10826
В 3 -2,5 603 1
R *-0,803 15
* i * i
1а 3а 5а 7аа 9аа 1113аа 15
Фона Дниаа адаптации
Контрольа Высокогорье Пустыня
Рис. 3. Динамика мезоров суточных ритмов показателей гемодинамики
k- |
H- |
Зj36,8n
О
ж36,4
36,0
35,6J
-K
Y =36,91-0,48 X+0,06 X -0,003 X P= 0,0004
yO 36,66155
Alа -0,64781
tl 3,13672
RA2аа 0,90584
Контрольа Высокогорье Рис. 4. Динамика мезоров суточных ритмов показателей теплового состояния |
(Jа 36
О
LA
Иаа "
U
Y =36,12-1,49 X + 0,2 Xа -0,01 X P = 0,01514
i'о'345'6'7'а iаа L 'Sаа 7аа 9 l'i 13 15 17
Дни исследования Фонаа Дни адаптации
-ЧЧ"-H--Ч,-*
уО 35,20475
Alа -18,49495
tl 0,56028
R2=0.98
' ' ' 1 3,5аа 7 9 li 1315
Фона Дни адаптации Пустыня
12
В отличие от контроля, в высокогорье и пустыне наблюдаются отчетлинвые, статистически значимые, более выраженные и регулярные многосуточные колебания уровня RR, активности симпатической и парасимпатической систем с более продолжительным периодом в пустыне. Изменения ере дне динамиченских уровней показателей вариационной пульсометрии по отношению к коннтролю и фону незначительны и статистически не значимы (рис. 5).
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии