ADAPTATION MECHANISMS OF 14-YEAR ADOLESCENTS LIVING IN HIGH AND MIDDLE LATITUDES OF THE EUROPEAN PART OF RUSSIA TO TECHNOGENIC POLLUTION OF SETTLEMENT ZONES (LITERATURE REVIEW)

Full Text

Вопрос о механизмах адаптации организма человека к условиям длительного проживания на территориях с высоким уровнем техногенного загрязнения изучается многими авторами [1, 9, 17, 25, 33, 35, 38]. Преимущественно исследования касаются людей, проживающих в средних широтах [1, 9, 11, 13, 15, 33, 38, 39] и значительно реже - в условиях Европейского Севера [25, 26, 40]. Авторы использовали различные показатели и методики, а исследуемые относились к разным возрастным группам. Поэтому до настоящего времени в литературе нет четкого преставления о механизмах адаптации подростков к высокому уровню техногенного загрязнения в селитебной зоне, учитывающих географическую широту места их проживания, возраст и пол. Вопрос о механизмах адаптации организма к проживанию в 15 Экологическая физиология Экология человека 2018.10 условиях Европейского Севера при низком уровне техногенного загрязнения тоже нельзя считать окончательно решенным [1, 7, 8, 14]. Классические работы по адаптации пришлого населения к неблагоприятным факторам Европейского Севера (низкие температуры, полярный день, полярная ночь, минимальная напряженность магнитного поля Земли, сильные ветра) предполагают, что адаптация происходит на протяжении 15-20 лет в три фазы [1, 8, 14]. Первая фаза, или начальная стадия акклиматизации, продолжается до 0,5 года и характеризуется рассогласованием многих физиологических функций. Вторая фаза, или фаза перестройки динамического стереотипа, длится 2-3 года, характеризуется нормализацией и синхронизацией механизмов, отвечающих за постоянство состава и свойств внутренней среды. Третья фаза, или фаза устойчивой акклиматизации, протекает 10-15 лет и характеризуется стабилизацией состояния организма. Формирование «структурного следа адаптации» к условиям проживания в высоких широтах, в том числе на Европейском Севере, по данным многих авторов [5, 10, 27, 28, 31], проявляется в изменении состояния больших полушарий и подкорковых вегетативных центров, усилении теплопродукции и снижении теплоотдачи, изменении преференции пищевых продуктов, активации антиоксидантной системы, изменении эндокринной системы (в частности, повышении продукции гормонов щитовидной железы), уменьшении возможности кислородтранспортной системы (за счет снижения количества эритроцитов и гемоглобина) и напряжении иммунной системы (судя по уменьшению количество палочкоядерных и сегментоядерных ней-трофилов в лейкоцитарной формуле, снижению общего и относительного содержания моноцитов и повышению содержания эозинофилов, хотя у части людей наблюдается снижение), изменении свертываемости крови, изменении состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, характер которого зависит от фазы адаптации. По нашему мнению, внутриутробное развитие плода не зависит от географической широты, на которой оно протекает, а постнатальное развитие с момента рождения ребенка зависит от климатогеографических факторов и уровня техногенного загрязнения селитебной зоны и других факторов. Поэтому организм подростка можно расценивать как организм «пришлого» человека и очевидно, что с этих позиций вся жизнь подростка - это процесс адаптации к конкретным условиям среды обитания. Исходя из такого постулата, срез физиологических показателей, например, у 14-летних подростков, должен отражать финальную стадии совершенной адаптации, т. е. третью фазу. Поэтому сравнение одновозрастных детей и подростков (с учетом пола), проживающих на различных территориях (по географической широте и по уровню техногенного загрязнения) позволяет оценить механизмы адаптации к высокому уровню техногенного загрязнения в селитебной зоне и плату за нее. С этих позиций и построен наш обзор данных литературы [1, 16, 25, 33, 35, 38, 39, 41], в том числе отражающих результаты наших исследований [17-20, 34]. Таким образом, цель обзора - сформулировать представление о механизмах адаптации организма подростка к высокому уровню техногенного загрязнения в селитебной зоне и о «плате» за адаптацию. В нашей статье мы считали возможным ограничиться данными по физическому развитию подростков, уровню их здоровья, а также по состоянию системы транспорта кислорода и иммунной системы, сделав акцент на 14-летних девочках и мальчиках, проживающих на определенной территории с момента рождения (Европейский Север или средние широты) при низком или высоком уровне техногенного загрязнения. Выбор возраста определялся тем, что указанные выше сведения о 14-летних подростках можно получать по результатам диспансерного наблюдения, проводимого для этих подростков по единой методике, определенной Минздравом России [29]. Критерии выбора территорий по уровню техногенного загрязнения Анализ литературы [3, 9, 11, 25, 33, 35, 41-46] показывает, что основные загрязнители атмосферного воздуха селитебных зон крупных городов - это взвешенные вещества, диоксид серы, оксид углерода, оксид азота, формальдегид и бенз(а)пирен. Их источниками, как известно, являются предприятия по производству электро- и тепловой энергии (пара и горячей воды), пути передачи энергии [30], предприятия по обработке древесины [6], металлургическое производство [12], наземный транспорт [39], химическое производство [39], включая нефтепереработку [2]. Однако во многих анализируемых нами работах уровень техногенного загрязнения характеризовался без указаний на концентрацию основных загрязняющих веществ [3, 13, 22, 24, 33, 37], а комплексная детальная оценка загрязнения представлена лишь в отдельных работах [15, 37, 38], в том числе и наших [17-20, 34]. Отметим, что многие авторы для обозначения территории с низким или высоким уровнем техногенного загрязнения используют термины соответственно «экологически благоприятный район (ЭБР)» и «экологически неблагоприятный район (ЭНБР)» [4, 12, 13, 15, 37-39, 42, 44]. Наш подход к изучению механизмов адаптации к высокому уровню техногенных загрязнений базируется на пяти положениях. 1. Загрязняющими веществами в селитебных зонах являются взвешенные вещества, диоксид серы, оксид углерода, оксид азота, формальдегид и бенз(а)пирен. 2. Каждый анализируемый район постоянного (с момента рождения) проживания подростков должен быть охарактеризован по концентрации перечисленных выше загрязняющих веществ уполномоченным государственным органом. 3. Для оценки влияния высокого уровня техногенного загрязнения необходимо найти два населенных пункта - с высоким уровнем техногенного загрязнения и с низким уровнем техногенного загрязнения (район сравнения), которые бы не отличались друг от друга по климати 16 Экология человека 2018.10 Экологическая физиология ческим, социально-экономическим, демографическим и другим характеристикам. 4. Для исследования влияния высокого уровня техногенного загрязнения на организм подростка с учетом географической широты места проживания (например, Европейский Север в сравнении со средними широтами) необходимо сравнить подростков как минимум четырех населенных пунктов, из которых в каждом регионе один населенный пункт - это район с высоким уровнем техногенного загрязнения, а другой - с низким уровнем техногенного загрязнения. 5. В каждом исследуемом районе оценку следует проводить раздельно для мальчиков и девочек одной и той же возрастной группы. Для своих исследований мы выбрали четыре района, два - в условиях Европейского Севера (п. Седью и г. Ухта), два - в средних широтах (гг. Яранск и Киров). При этом Седью и Яранск мы расценивали как территории с низким уровнем техногенного загрязнения, а Ухту и Киров - как территории с высоким уровнем техногенного загрязнения. Такая градация территорий определялась прежде всего наличием или отсутствием действующих промышленных предприятий и подтверждалась оценкой (по официальным документам) загрязнения воздуха по шести перечисленным выше загрязняющим веществам, концентрация которых была соотнесена с предельно допустимой концентрацией (ПДК) [18]. Отметим, что согласно нормативным документам [32] основным регулятором качества атмосферного воздуха населенных пунктов являются гигиенические нормативы - ПДК. Нами установлено, что в Кирове имеет место превышении ПДК по бенз(а)пирену (в 1,9 раза) и формальдегиду (в 2,0 раза), а в Ухте - по бенз(а)пирену (в 1,4 раза), в то время как в Яранске и Седью все показатели были в пределах ПДК [19]. Это подтверждает правильность предложенной нами градации населенных пунктов. Отметим, что по климатическим, социально-экономическим и демографическим показателям, а также по уровню медицинского обслуживания Седью существенно не отличался от Ухты, а Яранск - от Кирова. Для исключения воздействия климатического фактора считали целесообразным помимо сведений о влиянии высокого уровня техногенного загрязнения на организм подростков, проживающих в средних широтах или на Европейском Севере, приводить сведения по влиянию на организм подростка условий проживания на Европейском Севере, но при низком уровне техногенного загрязнения. Влияние техногенного загрязнения на физическое развитие подростков Средние широты. Высокий уровень техногенного загрязнения. Данные литературы о влиянии высокого уровня техногенного загрязнения на длину тела подростков неоднозначны. По одним данным, длина тела возрастает [16], по другим - не меняется [24-39] либо даже снижается [3, 15]. По нашим данным, длина тела у мальчиков возрастает, а у девочек не меняется [19]. В отношении массы тела сведения также противоречивы, по одним данным, масса тела повышается [16], по другим - не меняется [33] или даже снижается [3, 15]. Нами установлено, что масса тела у девочек снижается, а у мальчиков не меняется [19]. Сведения, касающиеся изменения показателей артериального давления (систолического, диастолического, среднего и пульсового), также малочисленны и неоднозначны. Так, сообщается о снижении систолического давления у девочек [13, 33]. По нашим данным, систолическое давление снижается и у девочек, и у мальчиков [19]. По данным литературы, индекс Кетле и индекс Рорера не изменяются под влиянием высокого уровня техногенных загрязнений [33], что подтверждено и нами [19]. Диастолическое давление, по одним данным, снижается у девочек [14], по другим - не меняется ни у девочек, ни у мальчиков [36]. Нами установлено, что диастолическое давление снижается и у девочек, и у мальчиков [20]. Среднее артериальное давление, по одним данным, у девочек снижается [13], а по другим - не изменяется [33]. Мы установили, что среднее артериальное давление снижается у мальчиков и не меняется у девочек [19]. Пульсовое давление, по одним данным не изменяется у девочек [13], а по другим - снижается и у девочек, и у мальчиков [33]. Нами выявлено, что пульсовое давление не меняется ни у девочек, ни у мальчиков [19]. Ряд авторов отмечает снижение темпов полового развития у подростков под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения [13, 39]. Европейский Север. Низкий уровень техногенного загрязнения. В литературе отсутствуют данные о влиянии проживания на Европейском Севере с низким уровнем техногенного загрязнения на физическое развитие 14-летних подростков. Однако есть сведения (к сожалению, не учитывающие уровня техногенной загрязненности) о снижении длины тела и увеличении массы тела у подростков [25, 27]. Нами показано [19], что проживание на Европейском Севере с низким уровнем загрязнения не влияет на физическое развитие подростков - подростки Седью не отличались статистически значимо от подростков Яранска по всем показателям, характеризующим физическое развитие. Европейский Север. Высокий уровень техногенного загрязнения. По данным Т. Б. Лебедевой и А. Н. Баранова [21], проживание на Европейском Севере при высоком уровне техногенного загрязнения снижает длину тела у девочек. Мы подтвердили это наблюдение и одновременно установили, что проживание в этих условиях у девочек повышает массу тела [19] и массо-ростовой индекс [19], а у мальчиков снижает массо-ростовой индекс, но не изменяет длину и массу тела, значения индексов Кетле и Рорера. И у девочек, и у мальчиков показатели артериального давления были такими же, как у сверстников из Седью[19], что согласуется и с данными Ю. Г. Солонина с соавт. [36]. Таким образом, влияние высокого уровня техногенного загрязнения на физическое развитие 14-летних 17 Экологическая физиология Экология человека 2018.10 подростков зависит от географической широты места проживания и пола - в средних широтах имеет место замедление темпов физического развития у девочек и мальчиков, что мы расцениваем как плату за адаптацию, а на Европейском Севере наблюдается ускорение темпов физического развития у девочек и отсутствие его у мальчиков. Полагаем, что выявляемые изменения темпов физического развития являются результатом изменения темпов полового созревания под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения (их снижение в средних широтах и ускорение - в высоких широтах у девочек). Уровень здоровья, определяемый по группам здоровья Средние широты. Высокий уровень техногенного загрязнения. В литературе сообщается о снижении наполненности I группы здоровья среди подростков под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения [3, 37, 41], Относительно наполненности II и III групп здоровья данные литературе неоднозначны [3, 37, 41]. Нами [20], как и Е. Н. Сизовой, С. Н. Роды-гиной [33], установлено, что наличие высокого уровня техногенного загрязнения в условиях проживания в средних широтах, судя по наполненности I группы здоровья, не влияет существенно на уровень здоровья девочек и мальчиков, хотя среди девочек отмечено повышение наполненности II группы здоровья [20, 33] и снижение наполненности III группы при неизменности наполненности IV и V групп здоровья [20]. У мальчиков наполненность всех пяти групп здоровья не менялась [20, 33]. В целом полагаем, что, судя по наполненности I группы здоровья, проживание в средних широт при высоком уровне техногенного загрязнения не влияет на уровень здоровья и девочек, и мальчиков. Европейский Север. Низкий уровень техногенного загрязнения. Сведений литературы по этому вопросу не найдено. По нашим данным [20], проживание на Европейском Севере при низком уровне техногенного загрязнения не изменяет наполненности всех пяти групп здоровья у девочек и мальчиков, т. е. не влияет на уровень здоровья. Европейский Север. Высокий уровень техногенного загрязнения. Сведений литературы по этому вопросу не найдено. По нашим данным [20], высокий уровень техногенного загрязнения у девочек и мальчиков снижает наполненность I группы здоровья за счет повышения наполненности II группы, что расценивается нами как снижение уровня здоровья. Таким образом, проживание на протяжении 14 лет девочек и мальчиков при высоком уровне техногенного загрязнения не влияет на их уровень здоровья в условиях средних широт, но снижает уровень здоровья у девочек и мальчиков на Европейском Севере. Это снижение мы расцениваем как плату за адаптацию. Показатели красной крови Средние широты. Высокий уровень техногенного загрязнения. Сведений литературы по этому вопросу не найдено. По нашим данным [34], наличие высокого уровня техногенного загрязнения в условиях проживания в средних широтах у всех подростков, т. е. независимо от пола, повышает концентрацию гемоглобина, количество эритроцитов и снижает СОЭ. Европейский Север. Низкий уровень техногенного загрязнения. Данные литературы неоднозначны, согласно одним, проживание на Европейском Севере повышает у подростков концентрацию гемоглобина и количество эритроцитов, а по данным других, оно не влияет на концентрацию гемоглобина ни у девочек, ни у мальчиков [35]. Нами установлено [34], что проживание на Европейском Севере при низком уровне техногенного загрязнения не влияет на исследуемые показатели красной крови. Европейский Север. Высокий уровень техногенного загрязнения. Установлено [35], в том числе и нами [34], что проживание подростков на территории с высоким уровнем техногенного загрязнения на Европейском Севере повышает концентрацию гемоглобина у девочек и мальчиков, повышает количество эритроцитов (только у мальчиков) и повышает содержание гемоглобина в эритроците у девочек. Нами также показано, что в этих условиях СОЭ не меняется ни у девочек, ни у мальчиков. [34] Таким образом, проживание в условиях Европейского Севера при низком уровне техногенного загрязнения не сопровождается активацией эритро-поэза у подростков и не изменяет, если судить по СОЭ, свойств эритроцитов. В то же время наличие высокого уровня техногенного загрязнения на обеих территориях повышает концентрацию гемоглобина в крови, что можно расценивать как ответ организма на техногенную гипоксию в виде усиления эритро-поэза. Характер этого ответа, т. е. структурный след адаптации, зависит от пола и места проживания. Действительно, в условиях средних широт у девочек и мальчиков адаптация происходит за счет повышения продукции нормохромных эритроцитов, а в условиях Европейского Севера либо таким же способом как в средних широтах (мальчики), либо за счет продукции гиперхромных эритроцитов (девочки). Мы полагаем, что причиной возникновения техногенной гипоксии у подростков является наличие в селитебной зоне загрязняющих веществ, особенно канцерогенов, которые, как известно [10], способствуют нарушению АТФ-синтезирующей функции митохондрий. Нами также показано, что под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения СОЭ может снижаться (средние широты), либо не меняться (Европейский Север). С учетом данных литературы [47] не исключаем, что снижение СОЭ отражает влияние глюко-кортикоидов (как гормонов адаптации) на состояние Са-чувствительных калиевых каналов (Гардош-кана-лов) эритроцитов. Показатели белой крови Средние широты. Высокий уровень техногенного загрязнения. Данные литературы об изменении показателей белой крови противоречивы [9, 11]. В частности, есть сведения о снижении количества 18 Экология человека 2018.10 Экологическая физиология лимфоцитов [9] либо, наоборот, об их повышении [11]. Нами установлено [17], что в этих условиях повышается количество лейкоцитов (у девочек и мальчиков), возрастает относительное содержание лимфоцитов (только у мальчиков) и абсолютное содержание лимфоцитов (у девочек и мальчиков), но снижается абсолютное и относительное содержание моноцитов (и у девочек, и у мальчиков). Европейский Север. Низкий уровень техногенного загрязнения. По данным литературы, проживание в условиях Европейского Севера при низком уровне техногенного загрязнения повышает абсолютное содержание лимфоцитов [23]. Мы установили [17], что проживание в этих условиях не влияет ни у девочек, ни у мальчиков на количество лейкоцитов, на относительное содержание лимфоцитов, а также на относительное и абсолютное содержание моноцитов, но, как отмечено и в литературе, повышает абсолютное содержание лимфоцитов. Европейский Север. Высокий уровень техногенного загрязнения. Согласно данным литературы, проживание подростков в этих условиях повышает количество лейкоцитов и снижает относительное содержание моноцитов [23], а также снижает абсолютное содержание лимфоцитов, но повышает относительное содержание лимфоцитов [43]. Нами показано [17], что проживание на Европейском Севере при высоком уровнем техногенного загрязнения в селитебной зоне повышает абсолютное содержание лимфоцитов (у девочек) и относительное содержание лимфоцитов (у девочек и мальчиков), но не изменяет у всех подростков количества лейкоцитов, а также относительного и абсолютного содержания моноцитов. Наличие высокого уровня техногенного загрязнения преимущественно проявилось в росте относительного и абсолютного содержания лимфоцитов. Таким образом, изменение показателей белой крови под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения зависит от географической широты места проживания и пола. В частности, и на Европейском Севере, и в средних широтах возрастает количество лимфоцитов (вероятнее всего, Т-лимфоцитов). Этот рост мы расцениваем как один из механизмов адаптации к высокому уровню техногенного загрязнения, который направлен на ликвидацию клеток, повреждаемых загрязняющими веществами. В условиях средних широт под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения возрастает число лейкоцитов. Этот феномен мы также расцениваем как механизм адаптации, в основе которого лежит рост лейкопоэза, вследствие чего повышается не только количество лимфоцитов, но, вероятно, и нейтрофилов, как структур, осуществляющих неспецифический иммунитет. Отсутствие этого механизма адаптации в условиях Европейского Севера (Ухта), вероятнее всего, обусловлено более низким уровнем техногенного загрязнения по сравнению со средними широтами (Киров). Кроме того, у подростков, проживающих в средних широтах под влиянием высокого уровня техногенного загрязнения, снижается абсолютное и относительное содержание моноцитов. Для подростков Ухты этого не выявлено. Мы расцениваем снижение абсолютного и относительного содержания моноцитов как плату за адаптацию, в том числе за адаптацию к наличию в среде канцерогенных веществ, в частности бенз(а) пирена и формальдегида, уровень которых в Кирове превышал ПДК соответственно в 1,9 и 2,0 раза (в Ухте эти показатели составили соответственно 1,4 и 0,7), так как согласно данным А. В. Полетаевой и соавт. [28], наличие асептического воспаления, вызываемого канцерогенами, снижает содержание моноцитов и повышает число лейкоцитов. Заключение Итак, механизмы адаптации 14-летних подростков к высокому уровню техногенного загрязнения селитебных зон, так же как и плата за эту адаптацию, зависят от географической широты места проживания и пола. Среди механизмов адаптации выявлено: 1) усиление эритропоэза как компенсация техногенной гипоксии (на Европейском Севере - у девочек за счет продукции гиперхромных эритроцитов, а у мальчиков за счет повышения продукции нормохромных эритроцитов; в средних широтах - и у девочек, и у мальчиков за счет повышения продукции нормохромных эритроцитов), 2) усиление иммунного надзора (на обеих территориях, у всех подростков), выражающееся в повышении абсолютного и относительного содержания лимфоцитов. В качестве платы за адаптацию к высокому уровню техногенного загрязнения селитебных зон мы рассматриваем такие феномены, как: 1) изменение темпов физического развития (на Европейском Севере - ускорение у девочек; в средних широтах - снижение у девочек и мальчиков); 2) снижение уровня здоровья (только на Европейском Севере, у девочек и мальчиков); 3) снижение содержания моноцитов (только на средних широтах, у девочек и мальчиков). Показано, что механизм адаптации 14-летних подростков к проживанию на Европейском Севере в условиях низкого уровня техногенного загрязнения состоит в усилении иммунного надзора у девочек и мальчиков, которое, однако, выражено в меньшей степени, чем при высоком уровне техногенного загрязнения в этом же регионе, а платой за адаптацию является снижение количества эритроцитов, которое выявлено только у мальчиков. В целом полагаем, что при изучении процессов адаптации организма подростков к действию высокого уровня техногенных загрязнений в селитебной зоне необходим учет широты места проживания и пола.

About the authors

D A Kuznetsova

Vyatka State University

Email: kdashik@mail.ru
Kirov

E N Sizova

Kirov State Medical University

Kirov

V I Cirkin

Vyatka State University; Kazan State Medical University

Kirov; Kazan, Russia

References

Supplementary files