COMPENSATORY AND ADAPTIVE BODY REACTIONS ON SHUTTLE TRAVEL FROM AND TO THE ARCTIC

Cover Page


Cite item

Abstract

Introduction: Effectiveness of compensatory mechanisms in adapting to environmental conditions is an important area for research in the field of human physiology yielding controversial results Aim: To study adaptation of respiratory and cardiovascular systems of men to shuttle travels between the Arctic and Central Russia. Methods: Two groups of geologists each consisting of 35 individuals comprised the sample. The complex investigation of functional systems (FS) activity was performed in Central Russia and after 2 years of work in the Arctic Data on minute respiratory volume, hemodynamic parameters and, morphofunctional features of blood were studied. Results: We observed two types of adaptation to unfavorable conditions of the North - the breathing type and the cardiovascular type of adaptation to provide adequate body supply with oxygen. In comparison with the reference values measured in Central Russia there was an increase in respiratory minute volume by 20.6 % in the breathing adaptation type group and by 19.6 % in the cardiovascular type adaptation group. Average concentration of hemoglobin increased by 1.50 and 1.85, but the difference was not significant. Conclusions: Our findings suggest that adaptation to the harsh conditions of the Arctic may occur either via mainly respiratory or mainly cardiovascular mechanisms

Full Text

Введение К настоящему времени накоплен достаточно большой объем проведенных исследований, где показано, что климатические условия северных регионов по сравнению со средними широтами способствуют развитию в организме человека достаточно существенных физиологических перестроек. Данное направление всегда было приоритетным для отечественной науки и закреплено в целом ряде концепций и теорий, которые продолжают развиваться с учетом новых данных [1, 3, 5, 12, 13]. При этом, несмотря на совершенствование индивидуальных и коллективных форм защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды, особенности природно-климатических условий Арктики предъявляют повышенные требования прежде всего к деятельности кислородтранспортных систем и кислородному режиму организма. Последнее во многом определяет у населения северного региона более высокий уровень дизрегуляторных расстройств и патологий со стороны внешнего дыхания, сердечнососудистой системы и системы крови по сравнению со среднеширотными данными [9]. Однако проблема определения «долевого участия» респираторного, циркуляторного и гематологического компонентов в ограничении адаптационного потенциала организма и возможности направленного прогноза формирования соответствующей патологии остается практически открытым. Это во многом связано с тем, что вопросы межсистемных взаимоотношений и эффективности компенсаторно-приспособительных механизмов с мультипараметрической оценкой по промежуточным и конечным результатам, а также разработка критериев направленной донозологической диагностики являются недостаточно изученными и во многом дискуссионными. Как результат продолжают активно обсуждаться вопросы, касающиеся физиологических стандартов и принципов гомеостатического регулирования функций организма в условиях северных регионов [11, 22]. В связи с этим рассмотрение эффектов совместной деятельности внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы и крови в исходном состоянии, а также в координатах «недостаточность функции - компенсация функции» как реальной основы физиологической метрологии живого организма в оценке индивидуального здоровья при действии неблагоприятных факторов окружающей среды является актуальным и требует более активного проведения фундаментальных и клинических исследований. Особое значение это приобретает при клинико-физиологической оценке трудовой деятельности в циркумполярных условиях, и прежде всего при вахтовой организации труда, а также у военнослужащих с учетом геостратегических интересов и выстраивании новой системы обеспечения безопасности страны в Арктическом регионе [2, 6, 7, 14, 20, 21]. Цель работы - дать комплексную оценку показателей внешнего дыхания, гемодинамики и крови у лиц мужского пола здоровой популяции при челночных меридиональных перемещениях на маршруте средние широты - Арктика с установлением эффективности и уравновешенности кислородтранспортных систем в обеспечении организма кислородом, выделением типологических особенностей межсистемной компенсации и разработкой критериев донозологической диагностики. Методологической основой проводимого исследования является общая теория функциональных систем [4, 18, 19]. Методы Согласно положениям Хельсинкской декларации экспериментальное исследование проводилось в двух группах мужчин первого зрелого возраста - работников геологоразведочных экспедиций (в каждой группе по 35 человек). Форма организации труда - вахта второго типа с меридиональными перемещениями из климатической зоны г. Тюмени (57°07' с. ш., постоянное место жительства) на п-ов Ямал (71°11' с. ш., место производственной деятельности) [21]. Был разработан дизайн исследования, включающий три этапа. На первом этапе все испытуемые (85 лиц мужского пола 25-35 лет) при поступлении на работу проходили углубленное общеклиническое обследование с определением исходных данных внешнего дыхания, гемодинамики и крови, а также установлением общих закономерностей и индивидуальных особенностей в системной организации обеспечения организма кислородом в условиях средних широт (г. Тюмень). На втором этапе проводились аналогичные исследования у тех же лиц на сертифицированной аппаратуре в условиях непосредственной производственной деятельности (п-ов Ямал) во все сезоны года. На заключительном этапе с учетом цели и задач исследования проводился сравнительный анализ исходных данных (средние широты) с данными, полученными «в полевых условиях» у вахтового контингента со стажем работы от 2 до 2,5 года (в среднем 20-23 челночных перемещения). Для установления объемных параметров и вентиляционных показателей легких (частота дыхательных движений - ЧДД, дыхательный объем - ДО, минутный объем дыхания - МОД) применялась спирография с определением минутного потребления кислорода (использовался оксиспирограф «Мета 1-25М»). Показатели легочной вентиляции и объема потребления кислорода ^О2) приводились в соответствии с данными барометрического давления, температуры и влажности воздуха к стандартным условиям [7]. Для определения морфофункциональных особенностей крови регистрировались следующие показатели: 31 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 12, с. 30-40 количество эритроцитов (Эр) в 1 мкл крови, содержание гемоглобина (НЬ), цветной показатель (ЦП), гематокрит (Ht) и средняя концентрация гемоглобина в одном эритроците (СКГ) [15]. Для оценки состояния кровообращения определялась частота сердечных сокращений (ЧСС), систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) артериальное давление осциллографическим методом по Короткову, пульсовое давление (ПД = САД - ДАД), ударный объем (УО по методу Старра - Акуэль) и минутный объем кровообращения (МОК = УО х ЧСС) [10]. Дополнительно на основе системно-количественного подхода и комплексной оценки деятельности функциональной системы (ФУС) обеспечения организма О2 определяли показатели эффективности каждой из кислородтранспортных систем - МОК/ О2, МОД/О2, СКГ/О2, уравновешенность работы эффекторов - ЧСС/ЧДД, МОК/МОД, УО/ЧСС, ДО/ЧДД, СКГ/МОД, СКГ/МОК, интегральный показатель эффективности всей ФУС - ИПЭ = МОК х МОД х СКГ/О2 [8, 18, 19]. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программы Statistics 26.0 с расчетом 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 вычислялся коэффициент корреляции по Пирсону и Спирмену. При сравнении средних данных, а также проверке статистических гипотез критический уровень значимости (р) в работе принимался 0,05. Результаты На первом этапе были изучены показатели внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы и крови у практически здоровых лиц 25-35 лет в условиях средних широт (исходные данные) с оценкой их типологической вариабельности в достижении конечного результата деятельности - эффективности обеспечения организма кислородом (табл. 1, 2). Из всей популяции обследуемых были выделены две группы лиц по соотношению пульса к частоте дыхания (ЧСС/ЧДД), которое характеризует уровень вегетативной интеграции между сердечно-сосудистой системой и внешним дыханием [19]. С этой целью использовался соответствующий подход с выделением «группового профиля» или «усредненного портрета» [17]. Так, в первую группу были включены лица, чьи значения превышали среднюю величину не менее чем на 1,4 стандартного отклонения (М + 0,25 с), что составило 35 человек, или 41,1 % от общего количества обследованных. Во второй группе были представлены только те индивидуумы, чьи значения были более чем на 1,4 ниже средней величины стандартного отклонения (М - 0,25 с), что составило также 35 человек, или 41,1 % от общего количества обследованных. Оставшееся количество составило 15 человек (17,8 %), показатели которых оказались в зоне средних величин (М ± 0,25 с) и которые были исключены из дальнейшего обследования. Анализ результатов проведенного исследования установил, что в первой группе показатель ЧСС/ ЧДД (М ± с) составил (4,25 ± 0,184) усл. ед., а во второй (4,93 ± 0,191) усл. ед. При этом межгруп-повые различия по данному параметру были статистически значимы (р < 0,001). Дополнительно для установления различия по уровню ЧСС/ЧДД между двумя выборками было проведено их сопоставление с учетом U-критерия Манна - Уитни. Результаты проведенных расчетов показали преобладание высоких значений средних рангов и суммы рангов в первой группе лиц по сравнению со второй группой: Mean Rank соответственно 43,3 и 27,7; Sum of Ranks 1 515.5 и 969,5. Как следствие, эмпирическое значение U-критерия (Mann-Whitney U) и р-уровень значимости (Asymp. Sig.) в серии сравнения был равен 339.5 с достоверностью 0,001, что подтверждает наличие неслучайных межгрупповых различий по уровню ЧСС/ЧДД. Кроме того, дополнительно был определен уровень отличий по исходным показателям - ЧСС и ЧДД (табл. 1). Анализ полученных данных также показал статистически значимое различие между указанными группами (соответственно по ЧСС 69,02 ± 2,13 и 73,97 ± 2,21; р < 0,001; по ЧДД 16,28 ± 1,15 и 14,77 ± 0,96; р < 0,001). При этом известно, что если при сопоставлении базовых показателей в предлагаемых выборках последние будут статистически значимо различаться, то это может быть основой для построения классификации и типологии испытуемых [17, 23-25]. В связи с этим установление статистически значимого различия распределения соответствующих признаков определило выделение типологий испытуемых, в частности «дыхательного типа» (ДД) и «сердечного типа» (СД). Последнее было подтверждено при комплексной (системно-количественной) оценке показателей дыхания, гемодинамики и крови ФУС обеспечения организма кислородом. Так, уже на уровне первичных показателей и их производных были выявлены статистически значимые межгрупповые различия практически по всем показателям, исключение составило содержание гемоглобина (р < 0,104). При этом если в первой группе в сравнительном аспекте отмечалось преимущественное увеличение показателей внешнего дыхания, то во второй - со стороны сердечно-сосудистой системы. При этом показатели красной крови по уровню статистической значимости как в первой, так и во второй группе занимали промежуточное положение (см. табл. 1). 32 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 12, pp. 30-40 Original Articles Таблица 1 Индивидуально-типологические особенности первичных показателей и их производных функциональной системы обеспечения организма кислородом мужчин 25-35 лет здоровой популяции в условиях средних широт Показатель Стати стическая характе ристика Группа Уровень значимости различия ДТ1 - СТ1 Первая дыхательный тип - ДТ1 (n = 35) Вторая сердечный тип - СТ1 (n = 35) ЧДД, в 1 мин M ± о 16,28 ± 1,15 14,77 ± 0,96 0,001 MR 46,89 24,11 ДО, мл M ± о 738,28 ± 49,43 663,14 ± 51,02 0,001 MR 47,79 23,21 МОД, л M ± о 11,97 ± 0,39 9,76 ± 0,63 0,001 MR 53,0 18,0 ЧСС, уд. мин. M ± о 69,02 ± 2,13 73,97 ± 2,21 0,001 MR 20,30 50,70 САД, мм рт. ст. M ± о 115,68 ± 3,76 118,11 ± 2,79 0,005 MR 28,70 42,30 ДАД, мм рт. ст. M ± о 72,51 ± 3,47 76,88 ± 3,54 0,005 MR 25,03 45,97 ПД, мм рт. ст. M ± о 43,17 ± 1,15 41,23 ± 1,11 0,001 MR 48,67 22,33 УО, мл M ± о 65,2 ± 3,19 64,25 ± 3,81 0,039 MR 40,51 30,49 МОК, л M ± о 4,49 ± 0,11 4,74 ± 0,15 0,001 MR 22,96 48,04 Эритроциты, млн/мкл M ± о 4,52 ± 0,19 4,64 ± 0,19 0,014 MR 29,50 41,50 ЦП, усл. ед. M ± о 0,93 ± 0,03 0,92 ± 0,02 0,006 MR 42,44 28,56 Гемоглобин, г/л M ± о 140,9 ± 2,38 142,1 ± 2,74 0,104 MR 31,54 39,46 СКГ, усл. ед. M ± о 3,26 ± 0,04 3,23 ± 0,07 0,028 MR 40,86 30,14 vo^ мл в 1 мин. M ± о 316,5 ± 15,68 308,4 ± 13,61 0,031 MR 40,74 30,26 Примечание. В табл. 1-4 MR - средний ранг межгруппового сравнения каждого показателя. В связи с этим полученные данные явились основой для последующего определения эффективности и уравновешенности кислородтранспортных систем в достижении общего приспособительного результата деятельности - обеспечении организма кислородом в условиях средних широт (табл. 2). Необходимо отметить, что уже в состоянии относительного покоя в оценке эффективности отдельных параметров ФУС обеспечения организмом О2 были установлены статистически значимые различия по всем показателям. В частности, у лиц второй группы (СТ;) по сравнению с первой (ДТ;) выявлены более высокий уровень соотношений МОК/02, МОК/МОД, ЧСС/ЧДД и более низкий УО/ЧСС, что может говорить о более высокой активации сердечно-сосудистой системы по сравнению с внешним дыханием в обеспечении организма кислородом. Так, по одному из основных показателей (МОК/02) было установлено увеличение на 8,3 % (соответственно 15,37 ± 0,98 и 14,19 ± 0,97; р < 0,001). Таблица 2 Показатели эффективности и уравновешенности функциональной системы обеспечения организма кислородом мужчин 25-35 лет здоровой популяции в условиях средних широт, усл. ед. Показа тель Стати стическая характе ристика Группа Уровень значи мости различия ДТ1 - СТ1 Первая дыхательный тип - ДТ1 (n = 35) Вторая сердечный тип - СТ1 (n = 35) МОК/О2 M ± о 14,19 ± 0,97 15,37 ± 0,98 0,001 MR 25,94 45,06 МОД/О2 M ± о 37,82 ± 2,09 31,64 ± 2,65 0,001 MR 52,43 18,57 СКГ/О2 M ± о 10,31 ± 0,51 10,47 ± 0,52 0,211 MR 32,46 38,54 Ь? fct О О S S M ± о 0,375 ± 0,017 0,486 ± 0,031 0,001 MR 18,0 53,1 УО/ЧСС M ± о 0,944 ± 0,74 0,868 ± 0,72 0,001 MR 45,79 25,21 ДО/ЧДД M ± о 45,35 ± 5,92 44,89 ± 6,18 0,375 MR 37,66 33,34 МОД/ СКГ M ± о 3,66 ± 0,13 3,02 ± 0,22 0,001 MR 52,94 18,06 мок/ СКГ M ± о 1,37 ± 0,042 1,47 ± 0,051 0,001 MR 21,94 49,03 ИПЭ M ± о 553,6 ± 38,53 484,5 ± 48,17 0,001 MR 49,03 21,97 Подтверждением этого является обратная закономерность у лиц первой группы с определением статистически значимых различий по показателям МОД/О2, МОК/МОД и ЧСС/ЧДД, которые характеризуют более выраженную активацию у них внешнего дыхания. В частности, по одному из ключевых показателей (МОД/О2) отмечено увеличение на 19,5 % (соответственно 37,81 ± 2,09 и 31,64 ± 2,65; р < 0,001). Это играет достаточно существенную роль как в оценке исходных данных, так и в прогнозе формирования функциональной активности сердечной деятельности и внешнего дыхания при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды. Также необходимым условием достоверного представления оптимальности функционирования ФУС обеспечения организма О2 является установление значений синтетического критерия напряжения всей совокупности эффекторов - интегрального показателя эффективности системы (ИПЭ). В целом ИПЭ выражает отношение общих энерготрат взаимодействующих эффекторов к величине достигнутого (ценой этих энерготрат) полезного приспособительного результата (ИПЭ = МОС х МОД х СКГ/О2). В наших исследованиях данный показатель в первой группе составил (553,6 ± 38,53), а во второй (484,5 ± 48,17) усл. ед. 33 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 12, с. 30-40 Таблица 3 Индивидуально-типологические особенности первичных показателей и их производных функциональной системы обеспечения организма кислородом у вахтовиков со стажем работы 2-2,5 года Показатель Ста тистическая характе ристика Группа Уровень значимости различия ДТ1 - СТ1 Первая дыхательный тип - ДТ1 (n = 35) Вторая сердечный тип - СТ1 (n = 35) ЧДД, в мин M ± о 17,77 ± 1,29* 15,91 ± 1,01** 0,001 MR 46,63 24,37 ДО, мл M ± о 815,28 ± 49,43* 713,14 ± 51,02** 0,001 MR 50,66 20,34 МОД, л M ± о 14,44 ± 0,53* 11,31 ± 0,68** 0,001 MR 53,0 18,0 ЧСС, уд. мин. M ± о 73,03 ± 2,13* 80,95 ± 2,21** 0,001 MR 18,37 52,63 САД, мм рт. ст. M ± о 118,18 ± 3,76* 123,81 ± 2,79** 0,001 MR 21,90 49,06 ДАД, мм рт. ст. M ± о 75,81 ± 3,47* 83,71 ± 3,54** 0,001 MR 20,09 50,91 ПД, мм рт. ст. M ± о 42,37 ± 1,15 40,11 ± 1,12** 0,001 MR 50,69 20,31 УО, мл M ± о 68,65 ± 3,25* 70,15 ± 3,82** 0,081 MR 32,31 38,69 МОК, л M ± о 5,01 ± 0,12* 5,67 ± 0,23** 0,001 MR 18,26 52,74 Эритроциты, млн/мкл M ± о 4,73 ± 0,19* 4,84 ± 0,19** 0,029 MR 30,20 40,80 ЦП, усл. ед. M ± о 0,91 ± 0,02* 0,89 ± 0,02** 0,052 MR 40,23 30,77 Гемоглобин, г/л M ± о 143,18 ± 2,38* 144,8 ± 2,74** 0,019 MR 29,80 41,20 СКГ, усл. ед. M ± о 3,31 ± 0,04* 3,29 ± 0,07** 0,134 MR 39,14 31,86 VO2, мл в мин M ± о 334,1 ± 14,7 328,4 ± 12,5** 0,132 MR 39,08 31,82 Примечание. * - статистически значимое различие с исходными данными (средние широты) у лиц первой группы; ** - статистически значимое различие с исходными данными (средние широты) у лиц второй группы. Таким образом, согласно цели и задачам настоящего исследования полученные данные могут быть, с одной стороны, нормативными показателями для мужчин 25-35 лет в условиях средних широт, а с другой - отправной базой для более глубокой оценки долевого участия каждого звена в обеспечении организма О2 и выявления функциональной направленности компенсации при производственной деятельности в условиях северного региона (табл. 3). С учетом разработанногог алгоритма исследования на втором этапе были получены первичные показатели и их производные ФУС обеспечения организма O2 у мужчин этих же групп после 2-2,5 года работы в условиях Арктики при экспедиционно-вахтовой организации труда (см. табл. 3). При сравнении полученных показателей с исходными данными прежде всего необходимо отметить два основополагающих момента. Первый определен наличием статистически значимого различия практически по всем показателям как в первой, так и во второй группе с исходными данными. Второй момент связан с сохранением типологической направленности в формировании компенсаторно-приспособительных реакций у лиц каждой группы после 2-2,5 года работы в условиях Арктики. Так, анализ результатов проведенного исследования установил, что в первой группе показатель ЧСС/ЧДД составил (4,11 ± 0,21) усл. ед, а во второй (5,09 ± 0,29) усл. ед. При этом межгрупповые различия по данному параметру были статистически значимы (р < 0,001). Сопоставление различия по уровню ЧСС/ЧДД между двумя выборками с учетом U-критерия Манна - Уитни также подтвердило это отличие: Mean Rank соответственно 18,0 и 53,0; Sum of Ranks 630,0 и 1 855, р-уровень значимости (Asymp. Sig.) с достоверностью 0,001, что подтверждает наличие неслучайных межгрупповых различий по уровню ЧСС/ЧДД. Дополнительно необходимо отметить еще одну особенность - межгрупповую разнонаправленность изменения соотношения ЧСС/ЧДД у вахтовиков после 2-2,5 года работы в условиях северного региона. Так, если по сравнению с исходными данными в первой группе отмечалось статистически значимое уменьшение данного показателя (соответственно 4,25 ± 0,184 и 4,11 ± 0,21; р < 0,001), то во второй группе - увеличение (соответственно 4,93 ± 0,191 и 5,09 ± 0,29; р < 0,001). Последнее уже на данном этапе анализа полученных результатов подтверждает типологическую направленность компенсаторно-приспособительных реакций организма при адаптации к специфическим условиям экспедиционно-вахтовой организации труда в условиях Арктики. Также подтверждением вышеизложенного явился различный уровень отличий от исходных показателей по частоте сердечных сокращений и частоте дыхания в минуту в каждой группе. Если в первой группе увеличение преимущественно шло по ЧДД (соответственно на 9,15 и 7,7 %), то во второй группе - по ЧСС (соответственно на 5,8 и 9,5 %). Таким образом, анализ полученных результатов показывает, что по данному признаку (ЧСС/ЧДД) сохраняется достаточно высокий уровень вариабельности вегетативной интеграции дыхательного и сердечного компонентов в общей деятельности организма в обеспечении его кислородом как в условиях относительно благоприятной среды обитания 34 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 12, pp. 30-40 Original Articles (средние широты), так и при экспедиционно-вахтовой организации труда в условиях Арктики. В связи с этим установление статистически значимого различия распределения данного признака еще раз подтвердило необходимость выделения типологий испытуемых, в частности «дыхательного» и «сердечного» типов среди лиц здоровой популяции при напряженной трудовой деятельности в условиях северного региона, и разработки соответствующих профилактических мероприятий. Последнее было подтверждено при комплексной (системно-количественной) оценке показателей дыхания, гемодинамики и крови функциональной системы обеспечения организма кислородом у вахтовиков со стажем работы 2-2,5 года. Так, уже на уровне других первичных показателей и их производных ФУС были установлены статистически значимые межгрупповые различия практически по всем показателям, исключение составили ударный объем (р < 0,081), среднее содержание гемоглобина (р < 0,134) и цветной показатель (р < 0,056). При этом, если в первой группе отмечалось преимущественное увеличение показателей внешнего дыхания, то во второй - со стороны сердечно-сосудистой системы. В частности, по сравнению с исходными данными в первой группе (ДТ2) отмечалось более высокое увеличение МОД - на 20,6 % (в СТ2 на 15,9 %), а во второй МОК - на 19,6 % (в ДТ2 на 11,5 %). По данным средней концентрации гемоглобина увеличение по каждой группе было практически однозначным, соответственно на 1,5 и 1,8 % (см. табл. 3). Таким образом, при однонаправленном включении компенсаторно-приспособительной реакции у вахтовиков обеих групп (ДТ2 и СТ2) со стороны кис-лородтранспортных систем в обеспечении организма О2 установлено неодинаковое «долевое участие» респираторного, циркуляторного и гематологического компонентов в формировании адаптационного потенциала организма к специфическим условиям производственной деятельности вахтовиков. В связи с этим для более полного определения эффективности и уравновешенности кислородтран-спортных систем в достижении общего приспособительного результата деятельности был произведен системно-количественный анализ полученных данных у работников геологоразведочных экспедиций со стажем работы 2-2,5 года каждой из вышеуказанных групп. При этом выявлены статистически значимые различия по всем показателям. В частности, у лиц второй группы (СТ2) по сравнению с первой (ДТ2) установлены более высокий уровень соотношений МОК/02, МОК/МОД, ЧСС/ЧДД и более низкий УО/ЧСС, что говорит о более высокой активации сердечно-сосудистой системы в общем обеспечении организма кислородом. Подтверждением этого является обратная закономерность у лиц первой группы (ДТ2) с определением статистически значимых различий по показателям МОД/О2, МОК/МОД и ЧСС/ ЧДД, которые характеризуют более выраженную Таблица 4 Показатели эффективности и уравновешенности функциональной системы обеспечения организма кислородом у вахтовиков со стажем работы 2-2,5 года, усл. ед. Показатель Стати стическая характе ристика Группа Уровень значи мости различия ДТ1 - СТ1 Первая дыхательный тип - ДТ1 (n = 35) Вторая сердечный тип - СТ1 (n = 35) мок/о2 M ± с 15,03 ± 0,97* 17,31 ± 1,18** 0,001 MR 20,71 50,29 МОД/О2 M ± с 43,29 ± 2,26* 34,51 ± 2,69** 0,001 MR 53,00 18,00 скг/о2 M ± с 9,94 ± 0,47* 10,04 ± 0,48** 0,414 MR 33,51 37,49 МОК/МОД M ± с 0,347 ± 0,02* 0,503 ± 0,01** 0,001 MR 18,0 53,0 УО/ЧСС M ± с 0,942 ± 0,07 0,868 ± 0,06 0,001 MR 45,03 25,97 ДО/ЧДД M ± с 46,27 ± 5,79 45,16 ± 5,71 0,423 MR 45,03 39,97 МОД/СКГ M ± с 4,36 ± 0,16* 3,44 ± 0,24** 0,001 MR 53,00 18,00 мок/скг M ± с 1,51 ± 0,04* 1,72 ± 0,01** 0,001 MR 18,66 52,34 ИПЭ M ± с 718,95 ± 48,29* 645,21 ± 66,68** 0,001 MR 46,20 24,80 активацию у них внешнего дыхания. Это играет достаточно существенную роль в прогностической оценке функциональной активности сердечной деятельности и внешнего дыхания у вахтового контингента при производственной деятельности в условиях Арктики. Также необходимым условием достоверного представления деятельности ФУС обеспечения организма О2 является установление значений синтетического критерия напряжения всей совокупности эффекторов - ИПЭ. В наших исследованиях данный показатель в первой группе составил (595,45 ± 36,35), а во второй - (549,44 ± 54,72) усл. ед. Таким образом, полученные данные настоящего исследования, с одной стороны, расширяют наши представления о физиологической норме лиц здоровой популяции, в частности мужчин 25-35 лет, а с другой - могут являться отправной базой для более глубокой оценки вариабельности механизмов в обеспечении организма О2 и функциональной направленности компенсаторно-приспособительных реакций организма при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды (табл. 4). Обсуждение результатов Проблема физиологической нормы и гомеостатического регулирования функций организма в эко 35 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 12, с. 30-40 логии человека, как и медицине в целом, остается актуальной до настоящего времени. С учетом в целом вариабельности различных гомеостатических показателей у лиц здоровой популяции их оценка в понимании нормы в большинстве случаев представляется как среднестатистический показатель. Вместе с тем в научной литературе все большее признание вызывает утверждение, что абсолютизация среднестатистических норм неизбежно порождает шаблоны как физиологического, так и клинического мышления. Это становится все более актуальным при практической реализации концептуальных вопросов персонифицированной медицины и обоснования принципов гомеостатического регулирования различных функций организма в условиях северного региона. Также до настоящего времени в экологии человека остается проблема адекватного подбора необходимых групп для проведения сравнительного анализа при воздействии различных факторов окружающей среды. Установлено, что одинаковый возраст, пол и условия проживания (по этнической принадлежности) не гарантируют подбора физиологически однородных групп [11, 22]. Отсюда поиск новых путей при наличии имеющихся подходов к решению данной проблемы в полной мере оправдан и потребовал проведения соответствующего исследования. В связи с этим вполне логичным для изучения вариабельности формирования компенсаторно-приспособительных реакций к непосредственному воздействию экологических факторов северного региона явился выбор модели трудовой деятельности с челночными перемещениями из средних широт в условия Арктики. При этом необходимо отметить, что при данной модели - вахты второго типа с меридиональными перемещениями г. Тюмень (57°07' с. ш.) - п-ов Ямал (71 ° 11' с. ш.) исключается дополнительное воздействие смены часовых поясов, что является характерным для широтных перелетов и приводит к дополнительной нагрузке на организм человека [14]. Кроме того, для выделения экспериментальных групп и на этой основе установления типовой направленности формирования компенсаторно-приспособительных реакций у лиц здоровой популяции был выбран адекватный метод идентификации «группового профиля» или «усредненного портрета» по показателю вегетативной интеграции сердечно-сосудистой системы и внешнего дыхания (ПВИ = ЧСС/ЧДД), что, по нашему мнению, является с физиологической точки зрения во многом определяющим. Известно, что даже у лиц здоровой популяции абсолютные значения ведущих вегетативных показателей (ЧСС, ЧДД) могут иметь существенные различия уже в состоянии относительного покоя. При этом сила корреляции между ними изменяется в гораздо меньшей степени и соответствует общему значению их интеграции, характерной для каждого индивидуума. В специально проведенных исследованиях было показано, что уровень их взаимосвязи объективно отражает реакцию организма как в состоянии относительного покоя, так и в состоянии напряжения, что в целом может характеризовать индивидуально-типологические особенности вегетативной интеграции дыхательного и сердечного компонентов общей деятельности организма в обеспечении О2 [18, 19]. В связи с этим согласно цели настоящего исследования также вполне правомерным на первом этапе было подтвердить выделение двух экспериментальных групп по вышеуказанному показателю из всей популяции здоровых лиц, проживающих в относительно комфортных условиях средних широт. Анализ результатов проведенного исследования установил межгрупповое различие по данному параметру, которое было статистически значимым (р < 0,001). Кроме того, дополнительно был определен уровень отличий по исходным показателям - ЧСС и ЧДД, который также показал их статистически значимое различие между указанными группами. По мнению большинства исследователей, выявление различий в уровневых показателях может рассматриваться как объективная основа, позволяющая сформулировать гипотезу для дальнейших исследований [17, 23-25]. Таким образом, анализ полученных данных показал, что по данному признаку (ЧСС/ЧДД) существует высокий уровень наличия субпопуляций в общей выборке обследуемых. В связи с этим установление статистически значимого межгруппового различия соответствующего признака стал основой для выделения типологий испытуемых, в частности «дыхательного типа» (ДТ1) и «сердечного типа» (СТ1). Для подтверждения данной концепции и за ее методическую основу была принята теория функциональных систем [4, 18, 19], основным постулатом которой является положение о том, что ведущим системообразующим фактором служит полезный для организма и системы в целом приспособительный результат. При этом абсолютное значение отдельного физиологического показателя приобретает достоверную системно-физиологическую информативность только в соотношении с другими физиологическими показателями конкретной функциональной системы (ФУС), в частности функциональной системы обеспечения организма кислородом. Для данной ФУС многосвязного (мультипараметрического) регулирования характерен соответствующий принцип саморегуляции - отклонение от оптимального уровня конечного результата (потребление кислорода - VО2) под влиянием факторов окружающей среды есть стимул к направленному перераспределению регулируемых параметров подсистем (внешнего дыхания, сердечнососудистой системы, крови). При этом учитывается, что в соотношении значений выбранных физиологических показателей выражается конфигурация более высокого уровня функционального состояния организма - организма как единого целого, его «вегетативный портрет» [8, 19]. Последнее было подтверждено при комплексной (системно-количественной) оценке показателей дыха 36 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 12, pp. 30-40 Original Articles ния, гемодинамики и крови функциональной системы обеспечения организма кислородом у лиц здоровой популяции, мужчин 25-35 лет в условиях средних широт. Так, уже на уровне не только первичных показателей, но и их производных (МОД/О2, МОК/О2, СКГ/О2) были выявлены статистически значимые межгрупповые различия по всем показателям. При этом если в первой группе (ДД) в сравнительном аспекте отмечалось преимущественное увеличение показателей внешнего дыхания, в частности по основному показателю МОК/О2 на 19,5 %, то во второй (СД) - со стороны сердечно-сосудистой системы, соотношение МОК/О2 повышалось на 8,3 %. Параметры красной крови по уровню статистической значимости как в первой, так и во второй группе занимали промежуточное положение. Таким образом, полученные данные позволяют дополнительно оценить коэффициент полезного действия (КПД) каждого эффектора, обеспечивающего газовый обмен в организме уже в состоянии относительного покоя у лиц здоровой популяции в конкретных условиях окружающей среды, в частности в условиях средних широт. Это не только может служить существенным показателем типологической характеристики гомеостатического регулирования кислородтранспортной функции организма в норме, но и быть основой для прогноза соответствующей адаптивной направленности компенсаторно-приспособительных реакций в координатах «недостаточность функции - компенсация функции» при воздействии климатических факторов северного региона. В настоящее время является общепризнанным, что комплекс экологических факторов того или иного региона, воздействуя на организм человека, ведет к последовательным (по стадиям) изменениям в регуляторных и гомеостатических системах, которые непосредственно могут предшествовать возникновению патологии и определять ее характер и специфику. При этом уровень напряженности физиологических функций, мощность ответных реакций и время, затрачиваемое на прохождение отдельных фаз, в определенной мере эквивалентно «физиологической стоимости» или «цене адаптационного процесса» [1, 12]. В связи с этим для оценки устоявшихся компенсаторно-приспособительных реакций организма вахтовиков и проведения сравнительного анализа с исходными данными, с нашей точки зрения, вполне обоснованным является выбранный стаж работы в условиях Арктики 2-2,5 года. По данным большинства исследователей, вышеуказанные сроки соответствуют окончанию первой фазы - фазы адаптивного напряжения и проявления устоявшихся морфофункциональных приспособлений в организме к условиям северного региона [1, 2, 12, 21]. Отсюда с учетом поставленной цели и разработанного алгоритма исследования на втором этапе были получены первичные показатели и их производные ФУС обеспечения организма O2 у мужчин этих же групп (ДД и СД), но уже после 2-2,5 года работы в условиях Арктики при экспедиционно-вахтовой организации труда (соответственно ДТ2 и СТ2). При сравнении у вахтового контингента показателей с исходными данными были определены статистически значимые различия по всем показателям. При этом необходимо констатировать, что эти изменения были напрямую связаны с сохранением типологической направленности в формировании компенсаторно-приспособительных реакций у лиц каждой группы после 2-2,5 года работы в условиях Арктики. Так, анализ результатов проведенного исследования позволил прежде всего установить статистически значимые межгрупповые различия по типовому признаку ЧСС/ЧДД (р < 0,001). Сопоставление по данному параметру между двумя выборками с учетом U-критерия Манна - Уитни также подтвердило это отличие. Дополнительно была выявлена межгрупповая раз-нонаправленность изменения соотношения ЧСС/ЧДД у вахтовиков после 2-2,5 года работы в условиях северного региона. Если по сравнению с исходными данными в группе ДТ2 отмечалось статистически значимое уменьшение данного показателя, то в группе СТ2 - увеличение. Последнее уже на данном этапе анализа полученных результатов подтверждает типологическую направленность компенсаторно-приспособительных реакций организма при адаптации к специфическим условиям экспедиционно-вахтовой организации труда в условиях Арктики. Также подтверждением вышеизложенного явился различный уровень отличий от исходных показателей по ЧСС и частоте дыхания в минуту в каждой группе. Если в первой группе увеличение преимущественно шло по ЧДД (на 9,15 %), то во второй - по ЧСС (на 9,5 %). Таким образом, анализ полученных результатов показывает, что по данному признаку (ЧСС/ЧДД) сохраняется достаточно высокий уровень вариабельности вегетативной интеграции дыхательного и сердечного компонентов в общей деятельности организма в обеспечении его кислородом как в условиях относительно благоприятной среды обитания (средние широты), так и при экспедиционно-вахтовой организации труда в условиях Арктики. В связи с этим установление статистически значимого различия распределения данного признака еще раз подтвердило необходимость выделения типологий испытуемых, в частности «дыхательного» и «сердечного» типов среди лиц здоровой популяции при напряженной трудовой деятельности в условиях северного региона, и на этой основе разработки соответствующих профилактических мероприятий. Дополнительное обоснование данному концептуальному положению было дано по результатам комплексной (системно-количественной) оценки показателей дыхания, гемодинамики и крови ФУС обеспечения организма кислородом у вахтовиков со стажем работы 2-2,5 года. Так, уже на уровне других первичных показателей и их производных ФУС были сохранены статистически значимые межгрупповые 37 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 12, с. 30-40 различия практически по всем показателям. При этом если в первой группе отмечалось преимущественное увеличение показателей внешнего дыхания, то во второй - со стороны сердечно-сосудистой системы. В частности, по сравнению с исходными данными в группе ДТ2 отмечалось более высокое увеличение МОД - на 20,6 %, а в группе СТ2 МОК - на 19,6 %. По данным средней концентрации гемоглобина увеличение по каждой группе было практически однозначным, соответственно на 1,5 и 1,8 %. Таким образом, при более высокой интенсивности функционирования кислородтранспортных систем в обеспечении организма О2 у вахтовиков обеих групп со стажем работы 2-2,5 года установлено неодинаковое «долевое участие» респираторного, циркуляторного и гематологического компонентов в формировании адаптационного потенциала организма к условиям производственной деятельности в Арктике. При этом были выявлены статистически значимые межгрупповые различия по всем показателям. В частности, у лиц второй группы (СТ2) по сравнению с первой (ДТ2) установлены более высокий уровень соотношений МОК/02, МОК/МОД, ЧСС/ ЧДД и более низкий УО/ЧСС, что может говорить о более высокой активации сердечно-сосудистой системы в обеспечении организма кислородом. В свою очередь, подтверждением типовой направленности компенсаторно-приспособительных реакций является установленная обратная закономерность у лиц первой группы с определением статистически значимых различий по показателям МОД/О2, МОК/МОД и ЧСС/ ЧДД, которые характеризуют более выраженную активацию у них внешнего дыхания. Это играет достаточно существенную роль в прогностической оценке функциональной активности сердечной деятельности и внешнего дыхания у вахтового контингента при производственной деятельности в условиях Арктики. Также необходимым условием достоверного представления деятельности ФУС обеспечения организма О2 является установление значений синтетического критерия напряжения всей совокупности эффекторов - ИПЭ. Как в первой группе (ДТ2), так и во второй (СТ2) по сравнению с исходными данными было определено увеличение данного показателя. Вместе с тем необходимо учитывать, что повышение ИПЭ, а также отношений объема О2 к производительности кровообращения (МОС/О2) и дыхания (МОД/О2), в меньшей степени СКГ/О2, по сравнению с исходными данными указывает на адекватное снижение эффективности как кислородтранспортных систем, так и всей ФУС, что в полной мере связано с более высоким уровнем напряжения организма в экологических условиях северного региона. При этом отношение минутных объёмов внешнего дыхания и кровообращения достаточно четко показывает приспособительные возможности этих подсистем. В данной ситуации более выраженное повышение у вахтовиков группы СТ2 в сравнительном аспекте с группой ДТ2 показателя МОК/МОД говорит о боль шем напряжении у них сердечно-сосудистой системы, а снижение МОД/МОК у ДТ2 - о значительном напряжении дыхательной системы. В целом такое длительно продолжающееся и неконтролируемое состояние может приводить к срыву адаптационных возможностей организма и направленному формированию соответствующей патологии. Так, известно, что в условиях несоответствия повышенных обменных потребностей организма и сократительных возможностей миокарда дополнительное уменьшение коэффициента УО/ЧСС выступает как значимый показатель относительной недостаточности сердца. При этом малообъемная одышка, соответствующая снижению коэффициента ОВ/ЧДД, является рутинным клиническим выражением относительной недостаточности дыхательной системы [16]. Заключение Установленные типологические особенности межсистемной адаптивной компенсации при производственной деятельности в условиях Арктики характеризуют различную («долевую») выраженность функциональной активности внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы и крови в достижении общего полезного приспособительного результата всей функциональной системы. В практическом плане полученные данные являются основой для выделения индивидуально-типологических критериев донозоло-гической диагностики дизрегуляторных отклонений при напряженной производственной деятельности и направленной разработки мер профилактики и реабилитации. В связи с этим полученные данные настоящего исследования с одной стороны расширяют наши представления о физиологической норме и адаптационном потенциале лиц здоровой популяции, а с другой являются отправной базой для более глубокой оценки вариабельности механизмов в обеспечении организма О2 и функциональной направленности компенсаторно-приспособительных реакций организма при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды, в частности в циркумполярных условиях северных регионов. Авторство Колпаков В. В. разработал концепцию и дизайн исследования, принял участие в написании всех разделов статьи, утвердил окончательный ее вариант; Томилова Е. А. приняла участие в написании первого варианта статьи, участвовала в редактировании текста статьи, формулировании выводов; Беспалова Т. В. осуществила анализ полученных данных, приняла участие в формулировании выводов; Рыбцова Т. Н. приняла участие в сборе первичных данных и анализе полученных результатов.
×

About the authors

V. V. Kolpakov

yumen State Medical University

Tyumen

E. A. Tomilova

yumen State Medical University

Email: tomilovaea@mail.ru
Tyumen

T. V. Bespalova

KHMAO YUGRA «Khanty-Mansiisk State Medical Academy

Khanty-Mansiisk, Russia

T. N. Rybtsova

yumen State Medical University

Tyumen

References

  1. Авцын А. П., Марачев А. Г. Проявления адаптации и дизадаптации у жителей Крайнего Севера // Физиология человека. 1975. Т.1, № 4. С. 587-599
  2. Агаджанян Н. А., Колпаков В. В., Фатеева Н. М. Вахтово-экспедиционная организация труда в условиях Севера (эколого-физиологические аспекты): монография. М: Изд-во РУДН, 1999. 106 с
  3. Агаджанян Н. А., Баевский Р. М., Берсенева А. П. Проблемы адаптации и учение о здоровье. М.: Изд-во РУДН, 2006. 284 с
  4. Анохин П. К. Узловые вопросы теории функциональных систем. М.: Наука, 1980. 196 с
  5. Грибанов А. В., Гудков А. Б., Попова О. Н., Крайнова И. Н. Кровообращение и дыхание у школьников в циркумполярных условиях. Архангельск: САФУ, 2016. 270 с
  6. Гудков А. Б., Ермолин С. П., Попова О. Н., Сарычев А. С. Функциональные изменения системы внешнего дыхания военнослужащих в Арктике в контрастные сезоны года // Экология человека. 2014. № 6. С. 3-7
  7. Гудков А. Б., Попова О. Н. Внешнее дыхание человека на европейском Севере: монография. Изд. 2-е, испр. доп. Архангельск: СГМУ, 2012. 252 с
  8. Дмитриева Н. В., Глазачев О. С. Индивидуальное здоровье и полипараметрическая диагностика функциональных состояний организма. Горизонт, 2000. 214 с
  9. Доклад о состоянии здоровья населения и организации здравоохранения в Тюменской области по итогам деятельности за 2019 год / Департамент здравоохранения Тюменской области ГАУ ТО «Медицинский информационно-аналитический центр», 2020. 79 с
  10. Евдокимов В. Г. Функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем человека на Севере: дис. ... д-ра биол. наук. Сыктывкар, 2004. 287 с
  11. Еськов В. М., Гудков А. Б., Филатов М. А., Еськов В. В. Принципы гомеостатического регулирования функций организма в экологии человека // Экология человека. 2019. № 10. С. 41-49
  12. Казначеев В. П. Очерки теории и практики экологии человека. М.: Наука, 1983. 260 с
  13. Корчин В. И., Корчина Т. Я., Терникова Е. М., Бигбулатова Л. Н., Лапенко В. В. Влияние климатогеографических факторов Ямало-Ненецкого автономного округа на здоровье населения // Журнал медико-биологических исследований. 2021. Т. 1, № 1. С. 77-88
  14. Кривощеков С. Г. Биоритмологические маркеры дизадаптации при вахтовом труде на Севере // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2012. Т. 98, № 1. С. 57-71
  15. Основы клинической гематологии: справочное пособие / под ред. Радченко В. Г. СПб.: Диалект, 2003. 304 с
  16. Респираторная медицина: руководство / в 3 т. под ред. А. Г. Чучалина; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Литтерра, 2017. Т. 1. 640 с
  17. Сидоренко Е. В. Методы математической обработки в психологии. СПб.: ООО «Речь», 2002. 350 с
  18. Судаков К. В. Функциональные системы организма. М.: Медицина, 1987. 432 с
  19. Судаков К. В. Системные механизмы саморегуляции здоровья // Вестник Международной академии наук. Русская секция. 2012. № 2. С. 13-19
  20. Теддер Ю. Р., Гудков А. Б., Дегтева Г. Н., Симонова Н. Н. Актуальные вопросы физиологии и психологии вахтового труда в Заполярье. Архангельск: Изд-во «Правда Севера», 1996. 127 с
  21. Фатеева Н. М., Колпаков В. В. Адаптация человека к условиям Крайнего Севера. Изд-во ОГУП «Шадринский дом печати», 201 1. 258 с
  22. Филатова О. Е., Гудков А. Б., Еськов В. В., Чемпалова Л. С. Понятие однородности группы в экологии человека // Экология человека. 2020. № 2. С. 40-44
  23. Kolpakov V. V., Tomilova E. A., Larkina N. Y., Stolbov M. V, Tkachuk A. A., Bespalova T. V. Chronobiological assessment of habitual physical activity in humans in Western Siberia. Human Physiology. 2016, 42 (2), рр. 203-213.
  24. Kolpakov V. V., Tomilova E. A., Shtork T. E., Mamchits E. V, Lar’kina N. Y., Tkachuk A. A., Bespalova T. V. Systemic Analysis: Individual Typological Characteristics of the Human Body. Human Physiology. 201 1, 37 (6), рр. 738-749.
  25. Zaitseva V., Son’kin V. Statistical and Physiological Distinction of Constitution Types. J Physiol Anthropol Appl Human Sci. 2005, 24 (4), р. 327.

Copyright (c) 2021 Kolpakov V.V., Tomilova E.A., Bespalova T.V., Rybtsova T.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 78166 от 20.03.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies