Eco-physiological approach to assessing the functional state of workers in geological prospecting expeditions during meridian movement between mid-latitudes and the Arctic region

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Несмотря на достаточно большое количество проведённых исследований и предлагаемых теорий по оценке влияния природно-климатических условий Арктического региона на человека, до настоящего времени остаются дискуссионными многие вопросы, касающиеся механизмов формирования особенностей реакции организма на воздействие неблагоприятных факторов высоких широт. Как правило, в абсолютном большинстве литературных источников динамику разных физиологических функций связывают преимущественно с общим понятием — «суровые климатические условия» или влиянием отдельного показателя климата, в частности низких температур, изменения цикличности светового дня в полярный день и полярную ночь, повышенную флюктуацию содержания кислорода, показателей атмосферного давления и магнитного поля. При этом признаётся, что это влияние носит комплексный характер, а большой объём научной продукции, много дающей при решении прикладных задач, ещё недостаточен для создания теоретической концепции физиологии современного человека в Арктическом регионе, который позволял бы объединить и объяснить с единых системных позиций воздействие на организм всех особенностей климатогеографического характера окружающей среды [1–5].

Как результат, продолжают активно обсуждаться вопросы, касающиеся физиологических стандартов и принципов гомеостатического регулирования в условиях северных регионов. При этом особое место занимает начальный этап реакции организма на перемещение в высокие широты, обсуждение которого до настоящего времени остаётся во многом дискуссионным. В связи с этим поиски маркеров запуска компенсаторно-приспособительных механизмов и прогноз эффективности адаптационных процессов у человека в условиях Арктического региона остаются актуальными и требуют дополнительных направленных исследований [6–9].

Так, в настоящее время имеется устоявшееся мнение, что ритмичность физиологических процессов составляет фундамент организации живых систем. Специальными опытами в изоляции определено, что большинство физиологических ритмов человека имеет эндогенную природу. При этом, оставаясь эндогенными, физиологические ритмы в реальных условиях жизнедеятельности организма всегда настраиваются по частоте и фазе соответствующими изменениями на воздействия условий внешней среды. Особая роль отводится естественному освещению, а время восхода и захода солнца воспринимается организмом как один из основных сигналов формирования его периодической деятельности. Однако реальная оценка взаимодействия структуры светового дня с другими метеофакторами и на этой основе комплексного воздействия на организм в системе «метеоритм–биоритм» является практически открытой [10–14].

Вместе с тем раздел биоритмологии — хронофизиология меридиональных перемещений человека всё ещё находится в стадии становления. К настоящему времени предложен термин «сезонная десинхронизация» как состояние первичной реакции организма на условия нового контрастного района при перелёте по меридиану. Однако вопрос по основной компоненте — механизмам разобщения и последующей синхронизации суточных ритмов физиологических функций с внешними датчиками новых климатических условий остаётся недостаточно изученным. Последнее во многом определено ограниченной возможностью моделирования комплекса природных условий в лаборатории. Только при натуральном эксперименте в конкретном климатогеографическом регионе можно получить сведения, необходимые для решения поставленных задач.

Цель исследования. Дать комплексную климатофизиологическую оценку суточным колебаниям сезонной динамики метеофакторов и идентифицировать их влияние на сердечно-сосудистую систему и психофизиологическое состояние работников геолого-разведочных экспедиций при производственных меридиональных перемещениях из Тюмени (57° 09ʹ с.ш.) на п-ов Ямал (71° 11ʹ с.ш.).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Все вопросы, решение которых необходимо для достижения поставленной цели, были рассмотрены на модели вахты 2-го типа у работников геолого-разведочных экспедиций с меридиональными перемещениями из климатической зоны Тюмени (57° 09ʹ с.ш., постоянное место жительства) на п-ов Ямал (71° 11ʹ с.ш., место производственной деятельности). Для расчёта природно-климатического контраста регионов Западной Сибири на маршруте передвижения анализировали метеоданные и показатели геомагнитной активности по восьмикратным измерениям в течение суток на протяжении 12 мес. за 11 лет по единой системе показателей метеостанций в Тюмени и на Харасавэе.

Все испытуемые при поступлении на работу в соответствии с трудовым законодательством проходили обследование с привлечением высококвалифицированных специалистов и использованием современной медицинской аппаратуры.

Критерии включения: мужчины, возраст 20–40 лет, I диспансерная группа здоровья, отсутствие хронической соматической патологии, острых воспалительных и респираторных заболеваний при обследовании, наличие информированного согласия на проведение исследования.

Критерии исключения: мужчины других возрастных групп, II, IIIа и IIIб диспансерных групп здоровья, состоящие на диспансерном учёте, отказ участвовать в исследовании.

Всего обследовано 115 мужчин геологоразведочной экспедиции в возрасте от 20 до 40 лет (медиана 28 лет) в условиях средних широт (исходные данные) и при производственном перемещении в Арктический регион. Комплексные исследования включали определение частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), систолического (САД, мм рт. ст.), диастолического (ДАД, мм рт. ст.), среднединамического (СрАД, мм рт. ст.) и пульсового (ПД, мм рт. ст.) артериального давления, а также анализ параметров ЭКГ в стандартных и однополюсных усиленных отведениях («ЭК1Т-04 Аксион», Россия) в первые 3 дня нахождения на вахте. Регистрация первичных показателей проводилась 4 раза в сутки — в 00, 06, 12 и 18 ч.

Психофизиологические исследования включали определение личностной (ЛТ) и ситуативной (СТ) тревожности по тесту Спилбергера–Ханина с интерпретацией показателей: до 30 баллов — низкая, 31–44 балла — умеренная, 45 и более баллов — высокая. Диагностику состояния стресса оценивали по особенностям его регуляции (РСС) — степени самоконтроля и эмоциональной лабильности. Высокий уровень регуляции в стрессовых ситуациях — 0–4 балла, умеренный уровень — 5–7 баллов, слабый уровень — 8–9 баллов [15].

Статистическую обработку полученных данных проводили с применением пакета прикладных программ Microsoft Office Excel и Statistica 26.0 с расчётом параметрического t-критерия Стьюдента при сравнении средних значений независимых выборок и непараметрических критериев (U-критерий Манна–Уитни, H-критерий Краскела–Уоллиса) для выявления различий в уровне и распределении изучаемых показателей. Для измерения силы между двумя переменными вычисляли коэффициент корреляции по Пирсону и Спирмену. При сравнении средних данных, а также проверке статистических гипотез критический уровень значимости (р) в работе принимался 0,05. Хронофизиологическую оценку метеофакторов и показателей сердечно-сосудистой системы осуществляли при помощи прикладных хронобиологических программ. На этой основе оценивали период, акрофазу, амплитуду ритма, мезор, а также спектральную плотность, мощность и фазовую структуру суммарного ритма по каждому из показателей [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ

На первом этапе оценили суточную и сезонную динамику метеофакторов в начальном и конечном пунктах перелёта. В частности, сопоставление структуры светового дня в условиях средних широт и Арктического региона показало его существенное различие. В условиях Тюмени минимальный световой день составил 6 ч 45 мин, максимальный — 17 ч 46 мин, а характерной особенностью динамики светового дня в условиях Харасавэя является полярный день в весенне-летние месяцы (май, июнь, июль) и полярная ночь зимой (декабрь, январь). При этом, если в условиях средних широт прирост светового дня за полгода составил 5 ч 56 мин и носил ежесуточную поступательную динамику, то на уровне 71° с.ш. последний находился в пределах 12 ч и имел дискретный характер ежедневного увеличения, поскольку временной промежуток от полярной ночи до полярного дня был в пределах 4 мес. Это очень существенный момент, так как фазы суточных ритмов метеорологических показателей, как правило, достаточно остро реагируют на последовательность цикла «свет–темнота». В связи с этим представленные данные являются основой для более глубокой оценки разного влияния структуры светового дня на формирование сезонных и суточных метеоритмов, а отсюда и биоритмов человека на различных широтах.

Так, в наших исследованиях было установлено, что общее количество основных климатических факторов, имеющих статистически значимый 24-часовой ритм, в условиях средних широт на протяжении года составляет 84,7%, а в условиях Арктического региона (п-ов Ямал, 71° 11ʹ с.ш.) — только 38,9%. При этом наиболее существенное различие в соотношении 24-часовых ритмов основных метеопоказателей между вышеуказанными регионами наблюдается в зимний период (табл. 1).

 

Таблица 1. Сравнительная оценка выраженности суточных ритмов климатических факторов в разные месяцы в условиях Тюмени и Харасавэя

Table 1. Comparative assessment of the intensity of daily rhythms of climatic factors across different months in Tyumen and Kharasavey

Показатель Indicator

Пункт Location Point

Месяц | Months

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Температура воздуха Air temperature

Тюмень Tyumen

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Харасавэй Kharasavey

–

–

+

+

+

+

+

+

+

–

–

–

Относительная влажность Relative humidity

Тюмень Tyumen

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Харасавэй Kharasavey

–

–

+

–

+

+

+

+

+

–

–

–

Атмосферное давление Atmospheric pressure

Тюмень Tyumen

–

–

–

+

+

+

+

+

+

+

–

–

Харасавэй Kharasavey

–

–

–

–

–

+

–

–

–

–

–

–

Скорость ветра Wind speed

Тюмень Tyumen

–

–

+

+

+

+

+

+

+

+

–

–

Харасавэй Kharasavey

–

–

–

+

+

-

+

+

+

–

–

–

Парциальная плотность О2 O2 partial density

Тюмень Tyumen

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Харасавэй Kharasavey

–

–

–

+

+

+

+

+

+

–

–

–

Жёсткость погоды Weather hardness

Тюмень Tyumen

+

–

+

+

+

+

+

+

+

+

+

–

Харасавэй Kharasavey

–

–

–

–

+

–

–

–

+

–

+

–

Примечание: «+» — 24-часовой ритм установлен; «−» — отсутствует.

Note: “+” 24-hour rhythm established; “–” absent.

 

При этом установлено, что наибольшая зависимость от фотопериодизма во все сезоны года имеет температура воздуха. В частности, результаты анализа измерения температуры воздуха показывают, что в условиях средних широт по сравнению с Арктическим регионом отмечается более высокая амплитуда суточной кривой во все месяцы года (табл. 2). С учётом значимости действия температурного фактора на организм человека это может существенным образом влиять на формирование статистически значимой 24-часовой периодики различных физиологических показателей, в частности сердечно-сосудистой системы.

 

Таблица 2. Амплитудно-фазовые характеристики суточных ритмов температуры воздуха (°С) в Тюмени и Харасавэе в разное время года

Table 2. Amplitude-phase characteristics of the daily rhythms of air temperature (°С) in Tyumen and Kharasavey across seasons

Месяц Month	Тюмень | Tyumen			Харасавэй | Kharasavey
	Уровень Level (М±σ)	Амплитуда Amplitude	Акрофаза (ДИ) Acrophase (confidence interval)	Уровень Level (М±σ)	Амплитуда Amplitude	Акрофаза (ДИ) Acrophase (confidence interval)
Январь | January	–16,8±4,6*	1,3	17,8 (16,1–23,0)	–23,9±3,7*	0,3	9,0**
Февраль | February	–17,0±2,4	2,4	17,7 (16,4–19,55)	–28,4±4,3*	0,6	13,6**
Март | March	–6,2±3,4*	2,7	17,5 (14,9–19,8)	–21,6±4,9*	1,7	14,7 (10,4–20,6)
Апрель | April	5,0±2,4*	4,5	16,9 (16,5–17,5)	–13,1±4,2*	3,4	17,0 (16,0–17,7)
Май | May	11,6±1,7*	5,4	16,6 (16,2–17,1)	–6,4±1,5*	2,6	17,2 (15,4–18,2)
Июнь | June	16,4±1,3*	4,4	16,3 (15,3–18,0)	0,7±1,0*	1,3	17,0 (15,7–17,9)
Июль | July	18,0±1,7*	4,6	16,2 (15,9–16,7)	5,9±0,9*	1,5	16,1 (14,1–18,8)
Август | August	14,1±1,6*	3,4	16,5 (16,2–17,0)	5,7±2,5*	1,4	16,7 (15,1–20,3)
Сентябрь | September	10,2±1,2*	4,1	16,6 (16,2–16,9)	2,9±1,4*	1,2	17,8 (17,0–19,6)
Октябрь | October	0,1±3,7*	1,9	16,7 (13,2–19,0)	–7,4±2,6*	0,8	17,4**
Ноябрь | November	–7,7±2,2*	1,5	17,6 (15,5–20,7)	–13,6±4,2*	0,6	6,8**
Декабрь | December	–13,4±3,1*	1,5	17,5 (15,1–19,5)	–18,3±3,3*	0,6	13,3**

* Межрегиональное различие параметров с уровнем достоверности р <0,05 по каждому месяцу; ** суточный ритм отсутствует.

* Interregional difference of parameters with the significance level p <0.05 for each month; ** diurnal rhythm is absent.

 

При этом спектральный анализ показателей температуры воздуха в зимний период выявил полифазный характер суточной ритмики в Арктическом регионе. Отсутствие статистически значимого 24-часового ритма и появление 12- и 8-часовой периодики данного метеофактора преимущественно в осенний и зимний сезоны является существенным показателем дополнительной нагрузки на ритмологический статус физиологических функций человека в условиях высоких широт.

Также для оценки различий структуры статистического межрегионального распределения метеоэлементов необходимо использовать расчётную величину относительного контраста на определённую декаду или месяц, которая представляет собой разницу максимальных значений типичных величин конкретного параметра, нормированного на соответственно вычисленную величину (сигма) по предыдущему месту нахождения.

В наших исследованиях расчёты величин относительного контраста по температуре воздуха и другим метеопараметрам в разные сезоны года были выполнены для двух пунктов — Тюмен и пос. Харасавэй (п-ов Ямал). Как следует из представленных данных, между этими пунктами по всем изучаемым метеорологическим показателям прослеживается выраженная контрастность на протяжении всего года (табл. 3).

 

Таблица 3. Межрегиональные относительные контрасты климатических условий на маршруте перемещений Тюмень–Харасавэй

Table 3. Interregional relative contrasts of climatic conditions on the Tyumen–Kharasavey travel route

Показатель Indicator	Январь January	Апрель April	Июль July	Октябрь October
Температура воздуха | Air temperature	–46	–52	–32	–58
Атмосферное давление | Atmospheric pressure	29	42	56	31
Абсолютная влажность | Absolute humidity	–45	–82	–66	–67
Скорость ветра | Wind speed	150	262	112	238
Жёсткость погоды | Weather hardness	438	362	119	188
Парциальная плотность О2 | O2 partial density	22	240	73	85
Магнитный индекс К | Magnetic index K	90	99	66	61

Примечание: межрегиональный контраст представлен в относительных единицах.

Note: interregional contrast is presented in relative units.

 

Таким образом, для правильной оценки состояния здоровья человека при производственных перемещениях из средних широт в Арктический регион, кроме знания абсолютных величин климатических факторов в соответствующих районах, необходима информация по величине их контраста, а также суточной и сезонной хроноструктуры. Чёткое представление о динамике и территориальных климатических градиентов даёт возможность использовать эти данные для более глубокой оценки начального включения компенсаторно-приспособительных механизмов и на этой основе проводить необходимую профилактику и коррекцию дизадаптационных нарушений, вызванных производственными перемещениями.

В связи с этим на следующем этапе изучили исходные данные показателей кровообращения у лиц здоровой популяции в условиях средних широт Западной Сибири и их динамику при перемещении в Арктический регион. Полученные данные анализировали с учётом особенностей суточной структуры метеофакторов в различные сезоны года в каждом пункте. При этом необходимо отметить, что как в условиях средних широт (Тюмень), так и в Заполярье (Харасавэй) отмечалась достаточно чёткая сезонная динамика показателей сердечно-сосудистой системы. Вместе с тем по абсолютным показателям и амплитудно-фазовым характеристикам в пунктах перемещения имелись существенные различия (табл. 4).

 

Таблица 4. Амплитудно-фазовые характеристики показателей сердечно-сосудистой системы у мужчин исследуемой группы в разные сезоны года в условиях Тюмени и Харасавэя

Table 4. Amplitude-phase characteristics of cardiovascular system indices in men of the study group in different seasons of the year in Tyumen and Kharasavey conditions

Сезон года Season	Показатель Indicator	Уровень (М±σ) Level (М±σ)	Амплитуда Amplitude	Акрофаза Acrophase	Доверительный интервал Confidence interval
Тюмень | Tyumen
Зима Winter	ЧСС | HR	70,20±3,80*	5,30	16,40	15,50–17,20
	САД | SBP	120,00±6,70*	4,15	16,60	15,60–17,80
	ДАД | DBP	76,30±6,90*	2,58	17,20	15,20–18,10
	ПД | PP	43,70±4,60	3,60	16,10	14,50–18,80
	СрАД | MDAP	87,70±3,40*	1,79	17,40	15,10–20,40
Весна Spring	ЧСС | HR	69,90±2,60*	5,20	16,70	15,90–17,40
	САД | SBP	120,70±4,20*	3,90	16,30	15,30–17,30
	ДАД | DBP	75,60±4,10*	1,50	17,70	15,70–20,90
	ПД | PP	44,20±3,80	2,50	15,40	13,80–17,20
	СрАД | MDAP	87,10±2,97*	1,36	17,60	15,80–20,10
Лето Summer	ЧСС | HR	64,10±3,90*	5,00	17,00	16,70–17,30
	САД | SBP	116,80±6,90*	4,10	16,20	15,60–16,90
	ДАД | DBP	70,90±6,50*	2,30	18,60	17,20–20,30
	ПД | PP	45,80±3,70	2,20	14,90	13,30–15,80
	СрАД | MDAP	84,00±4,80*	1,53	17,90	15,90–20,00
Осень Autumn	ЧСС | HR	69,00±3,90*	5,80	16,90	16,20–17,50
	САД | SBP	122,60±5,80*	4,50	16,40	15,60–17,10
	ДАД | DBP	74,60±6,70*	2,90	17,70	17,00–18,40
	ПД | PP	48,00±4,10	2,30	16,00	14,70–19,10
	СрАД | MDAP	86,80±3,10*	2,40	17,50	16,40–18,60
Харасавэй | Kharasavey
Зима Winter	ЧСС | HR	78,10±4,58*	3,23	15,50	14,61–16,39
	САД | SBP	136,70±6,80*	2,48	17,67	16,37–19,13
	ДАД | DBP	89,70±6,98*	0,82	3,71**	–
	ПД | PP	47,00±5,10	0,80	17,5**	–
	СрАД | MDAP	99,10±3,90*	0,40	2,40**	–
Весна Spring	ЧСС | HR	73,30±3,14*	3,86	16,80	15,38–18,96
	САД | SBP	128,70±6,50*	2,80	16,58	15,38–17,61
	ДАД | DBP	85,70±6,27*	0,91	22,12	19,47–0,77
	ПД | PP	43,00±2,70	1,90	15,00	12,00–18,00
	СрАД | MDAP	95,20±4,40*	1,20	19,30	16,80–23,70
Лето Summer	ЧСС | HR	72,00±6,00*	1,86	12,81	10,02–15,60
	САД | SBP	127,50±7,10*	2,00	11,30	10,45–14,63
	ДАД | DBP	81,80±6,80*	1,80	9,53	8,90–12,73
	ПД | PP	46,90±4,80	1,20	13,5**	–
	СрАД | MDAP	91,80±4,50*	1,10	9,80**	–
Осень Autumn	ЧСС | HR	75,10±5,30*	1,80	15,70	12,66–17,08
	САД | SBP	135,10±7,80*	2,50	17,11	16,33–19,47
	ДАД | DBP	87,10±6,40*	0,40	22,80**	–
	ПД | PP	48,00±5,10	1,40	14,30**	–
	СрАД | MDAP	96,80±5,90*	1,30	22,80**	–

Примечание: ЧСС — частота сердечных сокращений; САД — систолическое артериальное давление; ДАД — диастолическое артериальное давление; ПД — пульсовое артериальное давление; СрАД — среднединамическое артериальное давление; * межрегиональное различие параметров с уровнем достоверности р <0,05 по каждому сезону; ** суточный ритм отсутствует.

Note: HR, heart rate; SBP, systolic blood pressure; DBP, diastolic blood pressure; PP, pulse l pressure; MDAP, mean dynamic arterial pressure; * interregional difference of parameters with significance level p <0.05 for each season; ** no diurnal rhythm.

 

Так, в условиях средних широт на протяжении всего года внутрисистемная циркадианная организация функции сердечно-сосудистой системы сохраняла статистически значимую 24-часовую периодику по всем изучаемым показателям. Максимальные параметры артериального давления — мезор (САД, ДАД, СрАД, ПД) во все сезоны года приходились на дневные часы и сочетались с динамикой светового дня. По акрофазам, амплитудам и доверительным границам изучаемых показателей наибольшая синхронность функционирования сердечно-сосудистой системы и связь с метеоритмами, в частности с суточной динамикой температуры воздуха, отмечалась в весенний и летний периоды года. Несколько в меньшей степени она была выражена зимой и осенью.

Оценивая сезонную динамику показателей сердечно-сосудистой системы при перемещении в условия Арктического региона, необходимо отметить в сравнении с исходными данными повышение среднесуточных параметров ЧСС, САД, ДАД, СрАД в каждый сезон года (р <0,05). Также установлена десинхронизация различной выраженности между внутрисистемными показателями на протяжении всего года. При этом, кроме весеннего периода, отмечается отсутствие статистически значимого 24-часового ритма ДАД, СрАД и ПД, что, в свою очередь, указывает на состояние напряжения. Подтверждение этого — снижение амплитуды суточных колебаний во все сезоны года по сравнению с исходными данными (табл. 4).

В связи с этим установленный уровень межрегиональных различий показателей сердечно-сосудистой системы определил необходимость дополнительной оценки общего состояния здоровья, в частности уровня тревожности и регуляции состояния стресса. Показатели ЛТ, СТ и РСС у мужчин в различные сезоны года в условиях Тюмени и Харасавэя представлены в табл. 5.

 

Таблица 5. Показатели личностной, ситуативной тревожности и регуляции состояния стресса у мужчин в разные сезоны года в условиях Тюмени и Харасавэя (М±σ)

Table 5. Indices of personality, situational anxiety and stress state regulation in men across different seasons in Tyumen and Kharasavey (М±σ)

Сезон года Season	Пункт Location point	Личностная тревожность Personality anxiety	р	Ситуативная тревожность Situational anxiety	р	Регуляция состояния стресса Stress regulation	р
Зима Winter	Тюмень Tyumen	43,87±2,12*	0,001	44,19±2,22*	0,005	5,7±0,32*	0,001
	Харасавэй Kharasavey	49,03±2,05*		49,06±2,27*		7,56±0,38*
Весна Spring	Тюмень Tyumen	42,15±1,61*	0,001	42,93±1,72*	0,005	5,38±0,29	0,01
	Харасавэй Kharasavey	46,19±1,83*		46,69±1,75*		5,83±0,25
Лето Summer	Тюмень Tyumen	38,96±1,21	0,001	39,87±1,25	0,001	5,15±0,21	0,025
	Харасавэй Kharasavey	41,93±1,38		43,27±1,59*		5,45±0,23
Осень Autumn	Тюмень Tyumen	43,45±1,73*	0,001	43,86±1,91*	0,01	5,51±0,31*	0,001
	Харасавэй Kharasavey	48,23±1,81*		47,05±1,92*		7,35±0,33*

* Межрегиональное различие параметров с уровнем достоверности р <0,05 по каждому сезону; ** суточный ритм отсутствует.

* Interregional difference of parameters with the significance level p <0.05 for each season; ** diurnal rhythm is absent.

 

Как в условиях Тюмени, так и Харасавэя установлена выраженная сезонная динамика вышеуказанных показателей. Вместе с тем по пунктам перемещения имелись достаточно существенные различия. В условиях Тюмени в целом показатели ЛТ, СТ и РСС во все сезоны года соответствовали умеренному уровню. Однако в летний период установлены более низкие показатели ЛТ, СТ и РСС, а в зимний — более высокие. В весенний и осенний периоды данные показатели занимали срединную позицию. При этом в целом превалировали лица с умеренным уровнем регуляции в стрессовых ситуациях (см. табл. 5). Для данного уровня характерно адекватное поведение в стрессовых ситуациях, сохранение самообладания с незначительными проявлениями в редких случаях нарушения эмоционального равновесия.

Также полученные данные позволили установить достаточно тесную взаимосвязь степени напряжения организма с показателями сердечно-сосудистой системы в каждый сезон года. В частности, расчёт коэффициента корреляции определил среднюю положительную зависимость ЛТ, СТ и РСС от показателей САД и ДАД на протяжении всего года (r=от 0,453 до 0,583). В связи с этим сезонный уровень показателей сердечно-сосудистой системы в условиях средних широт сочетался с соответствующим уровнем личностной и ситуативной тревожности, а также с показателями регуляции состояния стресса. Это уже на данном этапе проведённых исследований дает основание в полной мере говорить о том, что вышеуказанные параметры могут служить дополнительными маркерами реакции всего организма на условия окружающей среды.

На этой основе вышеуказанные показатели были изучены и проанализированы в сравнительном аспекте у лиц мужского пола при перемещении в условия Арктического региона (см. табл. 5). Так, показатели ЛТ, СТ и РСС во все сезоны года, кроме летнего, при меридиональных перемещениях на п-ов Ямал соответствовали высокому уровню. Наибольшие значения были установлены зимой, наименьшие — летом, а уровень их различия на протяжении всего года был статистически значим по сравнению с исходными данными, полученными в условиях средних широт. При этом имелась группа риска (17,4%), которую составляли лица со слабым уровнем регуляции в стрессовых ситуациях (РСС более 8 баллов). Для них характерно снижение самоконтроля в стрессовых ситуациях, что может приводить к формированию состояния хронического стресса и, как следствие, переутомлению и истощению адаптационных возможностей организма. Полученные данные позволили также установить достаточно тесную взаимосвязь РСС с показателями сердечно-сосудистой системы, а также личностной и ситуативной тревожностью. В частности, расчёт коэффициента корреляции определил сильную положительную зависимость СТ, ЛТ и РСС от ЧСС, САД и ДАД во все сезоны года (rr=от 0,727 до 0,853).

Таким образом, смена климатогеографических условий оказывает существенную нагрузку на организм работников геолого-разведочных экспедиций, что проявляется в определённых сдвигах показателей общего гомеостаза и стресс-реактивности. Последнее имеет важное значение, поскольку даёт возможность направленной (системной) коррекции стресса с включением конкретных форм управления этим состоянием и их контролем, что в целом способствует сохранению здоровья.

ОБСУЖДЕНИЕ

Проживание в Арктическом регионе предъявляет достаточно жёсткие требования к функциональным системам организма человека, даже с учётом совершенствования индивидуальных и коллективных форм защиты, а также общей тенденции потепления климата на планете.

Не вызывает сомнений, что для поступательного развития экономически значимых северных территорий важным является сохранение здоровья его населения при различных формах производственной деятельности. Методологической основой для решения данной проблемы является эколого-физиологический подход, определяющий с различных позиций влияние окружающей среды на организм человека. Так, к настоящему времени имеется его достаточно многоплановая характеристика. В частности, пригодность арктических зон для проживания населения может оцениваться как с учётом физикогеографических параметров дискомфортных условий для формирования основ в решении вопросов районирования северных территорий, так и по демографическим и медико-биологическим показателям. При этом признаётся, что построение территориальной карты в баллах дискомфортности, а также использования только данных медицинской статистики не совсем правильно. Отсюда довольно широкое распространение получили исследования по влиянию природных факторов на формирование особенностей различных физиологических процессов в конкретных климатогеографических зонах. Вместе с тем это накладывает определённый отпечаток на пределы колебаний различных параметров, поскольку расширение границ отклонений от общепринятых нормативов увеличивает риск стирания грани между физиологическими и патологическими реакциями [17]. Как результат, поиски маркеров запуска компенсаторно-приспособительных механизмов и прогноз эффективности адаптационных процессов у человека в условиях северного региона остаются актуальными и требуют направленных исследований. Известно, что одной из составляющих здоровья человека является суточная ритмичность физиологических функций, их циркадианная 24-часовая организация. Вместе с тем взаимосвязь функциональных показателей с особенностями суточной и сезонной динамики климатических факторов окружающей среды и на этой основе формирование особенностей состояния организма в системе «метеоритмы–биоритмы» остаются практически открытым [1, 7, 11, 13].

В связи с этим разработка дополнительного интегративного показателя — установление сочетанного наличия (или отсутствия) суточной динамики метеофакторов и физиологических параметров, характеризующего тесную взаимосвязь окружающей среды и показателей организма, вполне правомерна и могла бы идентифицировать гомеостатические пределы физиологических реакций в сочетании с сохранением здоровья при перемещении в конкретные климатогеографические условия. Как показали наши исследования, наибольшее значение в установлении суточной и сезонной динамики климатических факторов на различных широтах имеет фотопериодика. Если в условиях средних широт Западной Сибири (57° с.ш.) на протяжении года имеют стабильный статистически достоверный 24-часовой ритм практически все метеофакторы, то в условиях Заполярья (Харасавэй) в период полярной ночи наблюдается их полное отсутствие. При этом, по сравнению со средними широтами, установлено существенное различие в процентном соотношении количества синхронизирующей 24-часовой ритмики метеофакторов в течение года (соответственно 84,7 и 38,9%). Кроме того, амплитудно-фазовые характеристики суточных ритмов метеофакторов в условиях Харасавэя указывают на значительное абсолютное повышение среднесуточных показателей. В связи с этим для оценки различий структуры статистического распределения метеоэлементов необходимо учитывать расчётную величину относительного контраста в дислокации начального и конечного пунктов перемещений. В частности, по данным Ю.Г. Солонина и соавт. [18], перемещение даже на 1° в условия северного региона может существенно влиять на общее состояние организма.

Вместе с тем, несмотря на интенсивное развитие медицинской климатологии, проблема особенностей влияния климата и погоды на организм здорового человека, а также изменение его состояния при переезде из одного контрастного района в другой остается актуальной. К настоящему времени предложены различные модели влияния климатических факторов на человека, прежде всего на его тепловое состояние. Наиболее распространенным показателем дискомфортности климата для человека является индекс жёсткости погоды по Бодману, который представлен как индикатор ощущения холода. При этом следует подчеркнуть недостаточность разработанности методов комплексной оценки влияния на организм человека климатических условий, что не может быть тождественно только уравнениями теплового баланса живого организма [1, 5, 8].

В связи с этим особого внимания заслуживает вопрос о суточной и сезонной динамике физиологических функций в системе «метеоритмы–биоритмы». Так, одной из первых в компенсаторно-приспособительные реакции при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды включается сердечно-сосудистая система. Она отвечает увеличением своей функциональной активности, что обусловливает возможность начального формирования дизрегуляторных нарушений. При этом необходимо отметить, что выделение наиболее чувствительных маркеров расширяет возможности получения новых сведений для разработки критериев ранней диагностики нежелательных отклонений функций, их более глубокого анализа и предложения практических рекомендаций [8, 10, 19].

Для подтверждения выдвинутой гипотезы на следующем этапе изучили исходную норму хронофизиологических показателей кровообращения у лиц здоровой популяции в условиях средних широт Западной Сибири и их динамику при перемещении в Арктический регион. Полученные данные анализировали с учётом особенностей суточной структуры метеофакторов в различные сезоны года в каждом пункте. При этом необходимо отметить, что, наряду с достаточно чёткой сезонной динамикой показателей сердечно-сосудистой системы в условиях средних широт (Тюмень) и в Заполярье (Харасавэй), по абсолютным показателям и амплитудно-фазовым характеристикам имелись существенные межрегиональные различия.

На протяжении всего года в условиях средних широт внутрисистемная циркадианная организация показателей функции сердечно-сосудистой системы сохраняла статистически значимую 24-часовую периодику. Максимальные параметры артериального давления — мезор САД, ДАД, СрАД, ПД во все сезоны года приходились на дневные часы и сочетались с динамикой светового дня и температурой воздуха. При оценке суточной динамики показателей сердечно-сосудистой системы при перемещении на п-ов Ямал установлена десинхронизация различной выраженности между внутрисистемными показателями. В соответствии с динамикой светового дня и температуры воздуха определено отсутствие статистически значимого 24-часового ритма ДАД, СрАД и ПД в летний, осенний и зимний периоды года, а также снижение амплитуды суточных колебаний во все сезоны года по сравнению с исходными данными. Уплощение суточной кривой (снижение мощности циркадианного ритма) может служить компромиссной реакцией, обеспечивающей экономизацию как хронофизиологической перестройки, так и начального этапа формирования дизрегуляторных расстройств в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды [14, 20].

В реальных условиях жизнедеятельности биоритмы человека обладают определённой пластичностью и всегда настраиваются соответствующими изменениями на воздействие различных факторов окружающей среды. Вместе с тем при влиянии неблагоприятных факторов и снижении резистентности организма может развиваться рассогласование во времени различных гомеостатических параметров — десинхроноз. В связи с этим особое место продолжают занимать региональные аспекты временнÓй организации физиологических функций и на этой основе учёт особенности переходных процессов при перемещении человека в новые природно-климатические условия. Одной из актуальных задач остаётся прогноз акклиматизационной нагрузки при перемещении в определённое время года. При наличии различных методик оценки акклиматизационной нагрузки на организм человека наиболее чувствительной, по нашему мнению, является идентификация рассогласования функций — десинхроноз и как показатель — отсутствие статистически значимой 24-часовой периодики различных физиологических параметров. Не вызывает сомнений, что определяющую роль играет направление перемещений — широтное или меридиональное. Вопросам закономерности перестройки функции организма при дальних широтных перемещениях (западное и восточное направление) в настоящее время посвящено достаточное число работ. При этом эксперименты по сравнению физиологической тяжести перестройки биологических ритмов при полете в западном и восточном направлении со сдвигами временнÓй среды не дали однозначного результата. Нет также необходимой научной информации о различных процессах синхронизации ритмов после равнозначных западных и восточных перелётов. Таким образом, результаты проведённых исследований указывают, что при оценке тяжести выполнения как широтных, так и меридиональных перелётов требуется принимать во внимание суточную ритмику метеофакторов в различные сезоны года и климатический контраст между пунктами следования [12, 13].

В связи с этим установленный уровень отклонений показателей сердечно-сосудистой системы определил необходимость дополнительной оценки общего состояния здоровья, в частности, уровня тревожности и регуляции состояния стресса. Так, одной из характерных особенностей человека является тревожность, объединяющая целый спектр психофизиологических свойств. Являясь чувствительным индикатором развития тенденций в формировании реакций каждого индивидуума на изменение факторов среды, повышенная тревожность тесно связана с процессами саморегуляции в центральной и вегетативной нервных системах. При этом определённый уровень тревожности в норме свойствен всем людям и является необходимым для оптимального приспособления человека к окружающей действительности. Однако повышенная базовая тревожность может становиться причиной развития чрезмерной стресс-реакции и повреждений организма [12, 21].

Как в условиях Тюмени, так и Харасавэя была установлена выраженная сезонная динамика вышеуказанных показателей. Вместе с тем по пунктам перемещения имелись существенные различия. В условиях Тюмени показатели ЛТ, СТ и РСС во все сезоны года соответствовали умеренному уровню, а при перемещении в условия Арктического региона соответствовали высокому уровню. Полученные данные позволили установить однонаправленную динамику РСС, личностной и ситуативной тревожности с показателями сердечно-сосудистой системы. Последнее может использоваться как дополнительный критерий.

Таким образом, смена климатогеографических условий оказывает достаточно большую нагрузку на организм работников геолого-разведочных экспедиций, что проявляется в соответствующих сдвигах показателей общего гомеостаза и стресс-реактивности. При этом полностью оценить роль многочисленных факторов, воздействующих на организм в Арктическом регионе, достаточно сложно. Квалифицированное решение данной проблемы с учётом предложенного эколого-физиологического подхода позволяет проводить систематические наблюдения за хронофизиологическим статусом здорового человека в системе «метеоритмы–биоритмы» и их отклонениями при перемещении в контрастные природно-климатических условиях в разные сезоны года. Установление специфики физиологических процессов во времени в различных экологических условиях является одним из выражений биологической целесообразности физиологической целостности организма и возможности эффективного мониторинга состояния здоровья человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При меридиональных перемещениях из средних широт в условия Арктического региона начальный уровень отклонений (десинхроноз) показателей сердечно-сосудистой системы и психофизиологическое состояние зависят от межрегионального климатического контраста и различий амплитудно-фазовых характеристик суточных ритмов метеорологических параметров исходного и конечного пунктов перелёта. Установленная взаимосвязь в системе «метеоритмы–биоритмы» обосновывает необходимость учитывать региональные нормы хронофизиологических показателей здорового человека в конкретных природно-климатических условиях и динамическое наблюдение за их отклонениями при производственных перемещениях «средние широты–Арктический регион» в разные сезоны года для эффективного мониторинга дезадаптационных нарушений и прогноза возможного формирования патологии.

Полученные данные, с одной стороны, расширяют наши представления о влиянии природно-климатических условий Арктического региона на функции организма, а с другой — дают возможность установления закономерностей формирования компенсаторно-приспособительных реакций на начальном этапе при перемещении по меридиану и на этой основе разработки соответствующих подходов и технологий сбережения здоровья человека.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. В.В. Колпаков — общая концепция и дизайн исследования, статистическая обработка полученных данных, написание текста и редактирование статьи; Е.А. Томилова — обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, подготовка и написание текста статьи; А.А. Ткачук — обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, написание текста и редактирование статьи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Информированное согласие на публикацию. Все участники до включения в исследование добровольно подписали форму информированного согласия, утверждённую в составе протокола исследования этическим комитетом.

ADDITIONAL INFO

Authors’ contribution. V.V. Kolpakov — general concept and design of the study, statistical processing of the data obtained, writing and editing the article; E.A. Tomilova — literature review, collection and analysis of literary sources, preparation and writing of the text of the article; A.A. Tkachuk — literature review, collection and analysis of literary sources, writing and editing the article. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work).

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declares that there are no obvious and potential conflicts of interest associated with the publication of this article.

Consent for publication. Written consent was obtained from all the study participants before the study screening in according to the study protocol approved by the local ethic committee.

About the authors

Evgeniya A. Tomilova

Tyumen State Medical University

Email: tomilovaea@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1101-7628
SPIN-code: 4006-9259

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Tyumen

Viktor V. Kolpakov

Tyumen State Medical University

Email: kolpakov661@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-6774-0968
SPIN-code: 6672-1697

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Tyumen

Anna A. Tkachuk

Tyumen State Medical University

Author for correspondence.
Email: ponchik117@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1612-2048
SPIN-code: 6320-2990

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Tyumen

References

Supplementary files