Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Хронофизиологические изменения функционального состояния организма студентов в условиях Приполярья
ВАК РФ 03.03.01, Физиология
Автореферат диссертации по теме "Хронофизиологические изменения функционального состояния организма студентов в условиях Приполярья"
На правах рукописи
ПУШКИНА ВАЛЕНТИНА НИКОЛАЕВНА
ХРОНОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА СТУДЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ПРИПОЛЯРЬЯ
03.03.01 - Физиология
б ПАР 2Ш
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
005050288
Архангельск - 2012
005050288
Работа выполнена в институте медико-биологических исследований ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ,
доктор медицинских наук, профессор Грибанов Анатолий Владимирович
Официальные оппоненты: Поскотинова Лилия Владимировна
доктор биологических наук, доцент, ФГБУН Институт физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук, заведующая лабораторией биоритмологии.
Игнатьева Светлана Николаевна
доктор медицинских наук, профессор, ГБОУ ВПО Северный государственный медицинский университет, профессор кафедры патологической физиологии.
Бароненко Валентина Александровна
доктор биологических наук, профессор, ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет имени первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, профессор кафедры теории физической культуры.
Ведущая организация. ФГБУН Институт физиологии
Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.
Защита диссертации состоится « /V» марта 2013 года в /Л часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, проезд Бадигина, д. 3.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».
Автореферат разослан «<£_» февраля 2013 г.
Ученый секретарь „
диссертационного совета Старцева Лариса Фёдоровна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. В настоящее время хорошо известно, что проживание в полярных и приполярных регионах можно рассматривать как жизнь при дополнительных функциональных нагрузках (Аристова В.В. с соавт., 1975; Кривощеков С.Г., Охотников C.B., 2000; Crawford V. L. S. et al., 2003; Hopstock L. A. et al., 2011). При этом климатические условия Севера, такие как холод, резкие колебания атмосферного давления, повышенная влажность, высокая активность гелиокосмических факторов, резкое нарушение фотопериодичности, частые и большие нарушения в ионосфере, возрастающая к Северу напряженность и изменчивость магнитного поля Земли способствуют развитию адаптивных перестроек многих функциональных систем, формируя качественно новое состояние организма - адаптированность (Авцын А.П., Марычев А.Г., 1975; Агаджанян H.A., 1981; Грибанов A.B., 1991; Грибанов
A.B., Данилова Р.И., 1994; Кривощеков С.Г., Охотников C.B., 2000; Поскотинова JI.B., 2009; Lurie S.J., 2006; Kaiser M., 2008; Vinogradova I.A. et al., 2009; Wing M. et al., 2010).
Прогнозирование состояния организма человека и популяции в целом, управление процессом адаптации требует знания динамики приспособления и многообразных вариантов раскрытия ее механизмов (Загулова Д.В., 2003; Евдокимов В .П., 2004; Поскотинова JI.B., 2009; Tsai S.Y. et al., 2012). Известно, что взаимодействие различных функциональных систем организма строится на основе нескольких принципов - иерархии, мультипараметрического и последовательного взаимодействия, системогенеза и системного квантования процессов жизнедеятельности. Принцип иерархии заключается в том, что в каждый данный момент времени деятельности организма определяется доминирующая в плане выживаемости или адаптации к внешней среде функциональная система. Другие функциональные системы обеспечивают деятельность доминирующей функциональной системы или тормозятся (Судаков К.В., 2008). Кроме того, функциональное состояние организма зависит от эффективности механизмов межмолекулярного переноса электронов и путей превращения энергии возбужденных молекул в энергию их продуктов, ценность которой тем выше, чем меньше доля связанной энергии (Самойлов
B.О., 2007; Короткое К.Г., 2007).
Важную роль в адаптивных перестройках играет система потребления и транспорта кислорода, ответственная за кислородный режим организма деятельность, которой чаще всего становится фактором, лимитирующим развитие приспособительных реакций организма к различным условиям внешней среды (Меерсон Ф.З., 1978; Тупицын И.О., 1986; Бартош О.П. с соавт., 2004; Гудков А.Б. с соавт., 2009).
Несмотря на недостаточно изученный механизм адаптивных реакций, можно считать установленными особенности функционирования кардиореспираторной системы у здорового взрослого человека в СевероАрктическом регионе (Неверова Н.П. с соавт., 1972; Деряпа Н.Р., Рябинин И.Ф., 1977; Андронова Т.И. с соавт., 1982; Кривощеков С.Г., Охотников C.B., 2000;
Евдокимов В.Г., 2004; Белобородое Г.С., 2004; Бартош О.П., 2004; Логинова Т.А., 2006; А.Б. Гудков, 2009; Поскотинова Л.В., 2009; Ьипе БЛ., 2006). Вместе с тем до сих пор остается практически не освещенным вопрос о сезонных изменениях показателей функционального состояния системы потребления и транспорта кислорода, об особенностях их взаимоотношений. Кроме того, отсутствуют данные о циркадных и инфрадианных ритмах этих показателей и их изменения в различные сезоны года в приполярных условиях.
Исходя из этого, исследования хронофизиологических изменений у молодых людей, проживающих в приарктическом регионе, являются весьма актуальными, как с теоретических, так и с практических позиций.
Цель исследования: установить особенности хронофизиологических изменений функционального состояния организма молодых людей в условиях приполярного региона.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выявить особенности психоэмоционального состояния, вегетативной регуляции, функционирования центральной и мозговой гемодинамики, изменения респираторных показателей у молодых людей в различные периоды года.
2. Изучить сезонные взаимоотношения показателей кардиореспираторной системы у юношей в условиях циркумполярного региона.
3. Исследовать закономерности энергетических процессов в организме в разных условиях среды в высоких широтах.
4. Определить сезонные закономерности перестройки циркадных и инфрадианных ритмов гемодинамических показателей у студентов в покое и в условиях функциональной нагрузки в приполярном регионе.
5. Выяснить влияние искусственного смещения времени на инфрадианные ритмы гемодинамических показателей в осенний и весенний периоды года в условиях высоких широт.
Концепция. Хронофизиологическая диагностика функционального состояния организма в различных экологических условиях является наиболее информативной в оценке и расшифровке физиологических механизмов адаптации и срыва компенсаторно-приспособительных реакций. У жителей приполярного региона сезонные флуктуации со стороны внешней среды сопровождаются функциональной перестройкой кардиореспираторной системы. Для сохранения стабильности внутренней среды организм стремится синхронизировать свои внутренние процессы с внешними, оптимально реагируя на непредвиденные колебания окружающей среды. В первую очередь внешние влияния отражаются на временных структурах организма, перестройка которых влияет на диапазон варьирования функций различных органов и систем. Временные структуры играют роль условного рефлекса, опережающе отражая действительность, заранее способствуя изменениям на органном уровне для успешной адаптации организма к изменениям внешней среды.
Положения, выносимые на защиту. 1. Сезонные флуктуации в приарктическом регионе вызывают внутрисистемные изменения в
кардиореспираторной системе, проявляющиеся в смене доминирующей функциональной системы. 2. На начальной стадии адаптивных изменений в период «биологической полярной ночи» происходит снижение энтропии, и как следствие, увеличение доли свободной энергии в организме, необходимой для сохранения функциональной стабильности. Значительный рост энтропии в весенний период года указывает на выраженное напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов. 3. Рассогласование временной организации в психоэмоциональной сфере отмечено в период «биологической полярной ночи». Вариабельность в циркадных и инфрадианных ритмах гемодинамических показателей наблюдается от осеннего к другим сезонам года. 4. Смещение времени оказывает выраженное влияние на временную структуру инфрадианного ритма и является значимой нагрузкой для организма, как осенью, так и весной, вызывая сдвиг акрофаз гемодинамических показателей на начало учебной недели, изменяя фазовые характеристики колебательного процесса и способствуя нарушению его синхронизации.
Научная новизна исследования. Впервые выявлено, что в осенний период года в приарктическом регионе внутрисистемные взаимоотношения кардиореспираторной системы характеризуются ведущей ролью центральной гемодинамики. Зимой и весной доминирующее влияние наблюдается со стороны вегетативной нервной системы, а летом - отмечена максимальная активность системы мозгового кровотока. В зимне-весенний период года организм молодых людей в естественном состоянии испытывает напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов кардиореспираторной системы, уменьшение их функциональных возможностей, снижение эффективности газообменных процессов. Установлено увеличение уровня личностной и ситуативной тревожности, снижение активности и настроения на фоне повышения агрессивных личностных проявлений в период минимальной (декабрь) и максимальной (июнь) световой активности. На начальной стадии компенсаторно-приспособительных изменений к зимнему периоду года происходит возрастание доли свободной энергии в организме, что дает возможность сохранить адаптивные резервы организма. Значительное возрастание доли связанной энергии к весеннему периоду года в условиях приполярного региона, о чем свидетельствует рост энтропии, указывает на снижение энергетического потенциала организма. Увеличение амплитуды гемодинамических показателей при минимальных значениях мезора циркадного и инфрадианного ритма указывает на начальную стадию функционального напряжения в организме. Рост мезора и снижение амплитуды при смещении акрофаз гемодинамических показателей циркадных ритмов на раннее утро, а инфрадианных ритмов — на начало недели, свидетельствует о значительном напряжении компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы. В весенний сезон года относительно осени как до, так и после смещения времени наблюдается более выраженный функциональный отклик на экзогенный цикл, что отражается во временных структурах организма ростом мезора и амплитуды.
Теоретическая значимость работы. Полученные результаты исследования, разработанные подходы и методы имеют важное теоретическое и методическое значение для экологической физиологии. Так, установленные изменения внутрисистемной организации кардиореспираторной системы у юношей при компенсаторно-приспособительных реакциях в различные сезоны года в эколого-климатических условиях Севера дополняют один из разделов экологической физиологии.
Выявленное изменение временной структуры гемодинамических показателей при адаптивных сезонных процессах дает возможность прогнозировать развитие негативных функциональных изменений у жителей высоких широт.
Результаты исследования энергоэмиссионных процессов в течение года у жителей приполярного региона расширяют научные знания по разделу адаптационной физиологии человека.
Выявленные особенности временной организации ритмических процессов при искусственном смещении время-фактора в осенний и весенний периоды дополняют научные знания по разделу физиологии перемещений человека.
Научно-практическая значимость исследования и внедрения.
Полученные данные дополняют современные представления о сезонной динамике адаптивных перестроек в деятельности систем кровообращения и дыхания, изменении сезонной структурированности и ритмообразования в функциональных системах человека в условиях высоких широт и вносят вклад в экологическую и возрастную физиологию.
Результаты исследования могут быть использованы при планировании учебной нагрузки в высших учебных заведениях для профилактики дизадаптационных нарушений, при прогнозировании возможных проявлений десинхроноза, как формы хронофизиологического утомления, в организации учебно-тренировочного процесса спортсменов различных спортивных специализаций.
Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре физиологии и патологии развития человека в Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова (акт внедрения от 02.04.2012), кафедре гигиены и медицинской экологии в Северном государственном медицинском университете (акт внедрения от 02.04.2012), при планировании учебно-тренировочного процесса сборных команд г.Архангельска и Архангельской области (акт внедрения от 02.04.2012; акт внедрения от 28.08.2012).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Образование в России: медико-психологический аспект» (Калуга, 2003); 8-й Межуниверситетской научно-методической конференции с международным участием «Организация и методика учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов
риска, экологической безопасности и управления рисками (Пенза, 2004); Международных научно-практических конференциях «Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики (Орел, 2006, 2007, 2009, 2011); X, XI, XV Международных научных конгрессах по ГРВ Биоэлектрографии: Наука. Информация. Сознание (С.-Петербург, 2006, 2007, 2011); Scientific-practical conference «Physical culture and sport as a factor of health and well-being» (Murmansk, 2006); Международных научно-практических конференциях «Восстановительная медицина, физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке» (Архангельск, 2007, 2008); Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов «Физическая культура и здоровье студентов» (Архангельск, 2007); Международной научно-практической конференции «Здоровьесберегающие технологии в образовательном процессе: проблемы и перспективы» (Пенза, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье, физическое развитие и образование, проблемы и перспективы» (Екатеринбург, 2007); Международной научно-практической конференции «Физическое здоровье и спорт, образование и научные исследования на Севере» (Архангельск, 2007); Международном Конгрессе «Стратегия развития спорта для всех и законодательные основы физической культуры и спорта в странах СНГ» (Кишинев, 2008); Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и развитие физической культуры и спорта», посвященной 60-летию факультета физической культуры Поморского государственного университета (Архангельск, 2008); X Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке. Инновационные технологии в биологии и медицине» (Москва, 2009); IV Международной научно-практической конференции «Развитие науки на родине М.В. Ломоносова» (Архангельск, 2011); на сессии Института медико-биологических исследований САФУ имени М.В. Ломоносова, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (Архангельск, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 43 печатных работы, в том числе 15 статей в ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК РФ, и 2 монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 330 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа иллюстрирована 27 таблицами и 75 рисунками, библиографический указатель литературы включает 651 источник (492 — отечественных и 159 - иностранных).
ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование функционального состояния было проведено у практически здоровых молодых людей, трудоспособного возраста (возраст (19,26±0,18) года; длина тела (177,69±1,35) см; масса тела (71,11±1,62) кг), родившихся и проживающих в условиях северного региона (г. Архангельск, Архангельская область) и являвшихся на момент обследования студентами
высшего учебного заведения (г. Архангельск). Исследование проводилось в первой половине дня, через 1,5-2 часа после приема пищи, после 15-минутного отдыха, в условиях относительного покоя в осенний (октябрь), зимний (декабрь), весенний (апрель) и летний (июнь) сезоны года. Для решения поставленных задач обследованы 1084 юноши, проведено 5320 различных исследований, проанализировано 145308 показателей.
Исследование психоэмоционального состояния. Исследовали уровень тревожности по методике Ч.Д. Спилбергера в модификации Ю.Л. Ханина; агрессивность определяли по методике Басса-Дарки; самочувствие, активность и настроение - по методике «САН».
Исследование вегетативной регуляции системы кровообращения. Вариабельность сердечного ритма изучали с использованием программно-аппаратного диагностического комплекса «Варикард-1.0». Оценивались временные параметры ритма сердца: RRNN - средняя длительность зубцов RR, мс; SDNN - среднеквадратичное отклонение динамического ряда R-R интервалов, мс; Мо — наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов, мс; АМо - амплитуда моды, число значений интервалов, равных Мо в процентах к общему числу зарегистрированных кардиоциклов, %; MxDMn - разница наибольшего и наименьшего значений динамического ряда R-R-интервалов, вариационный размах, мс; RMSSD - квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов, мс; pNN50 - число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс к общему числу кардиоинтервалов в массиве, %; CV - коэффициент вариации, %; СС1 -значение первого коэффициента корреляции, %; SI - индекс напряжения регуляторных систем (Stress Index), усл. ед; ПАРС - показатель активности регуляторных систем, усл. ед. Осуществлялась регистрация частотных параметров: TP - суммарная мощность спектра на всех частотных диапазонах, мс xlOOO; HF - мощности спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма (ВСР), мс2хЮ00; LF - мощности спектра низкочастотного компонента ВСР, мс2х1000; VLF - мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР, мс2*1000; HF - мощности спектра высокочастотного компонента ВСР в процентах от суммарной мощности спектра, %; LF - мощности спектра низкочастотного компонента ВСР в процентах от суммарной мощности спектра, %; VLF - мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР в процентах от суммарной мощности спектра, %; LF/HF - отношение низкочастотной части спектра к высокочастотной, усл. ед.; HFnor - мощность нормализованного высокочастотного компонента ВСР, %; LFnor - мощность нормализованного низкочастотного компонента ВСР, %; IC=(VLF+LF)/HF - индекс централизации, мс2. Рассчитывали индекс вегетативного равновесия (ИВР) как ИВР=АМо/МхГ)Мп, усл. ед.; вегетативный показатель ритма (ВПР) как ВПР= 1 /МохMxDMn, усл. ед.
Исследование функции внешнего дыхания. Проводилось на автоматическом спирометре «СпироС-100» в положении сидя. В программном обеспечении компьютера заложены значения должных величин, по отношению
к которым автоматически рассчитывался процент отклонения от должного показателя, условно принятого за 100 %. Были изучены следующие показатели: ЖЕЛ - жизненная емкость легких, л; ДО - дыхательный объем, л; РОвд -резервный объем вдоха, л; РОвыд - резервный объем выдоха, л; Евд - емкость вдоха, л; ЧДп - частота дыхания в состоянии покоя, раз/мин; МВЛ -максимальная вентиляция легких, л/мин; МОД - минутный объем дыхания, л; ЧДмвл - максимальная частота дыхания, раз/мин; ДОмвл - максимальный дыхательный объем, л; ФЖЕЛ — форсированная жизненная емкость легких, л; Тфжел — время достижения форсированного выдоха, с; ОФВпос — объем форсированного выдоха до достижения пиковой объемной скорости, л; ОФВ0>5
- объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды, л; ОФВ1 - объем форсированного выдоха за первую секунду, л; Тпос - время достижения пиковой объемной скорости, с; ПОС - пиковая объемная скорость выдоха, л/с; МОС25 - мгновенная объемная скорость на 25 % от ФЖЕЛ, л/с; МОС50 -мгновенная объемная скорость на 50 % от ФЖЕЛ, л/с; МОС75 - мгновенная объемная скорость на 75 % от ФЖЕЛ, л/с; СОС25-75— средняя объемная скорость в диапазоне 25-75 %, л/с; COC7S.85 - средняя объемная скорость в диапазоне 7585 %, л/с; ОФВ,/ЖЕЛ - индекс Тиффно (ИТ), %; ОФВ,/ФЖЕЛ - индекс Генслера (ИГ), %. Рассчитывали резерв дыхания как РД=МВЛ-МОД, л/мин; коэффициент резервных возможностей дыхания (в % от МВЛ) как
КРД=(РДхЮ0)/МВЛ, о/о
Исследование гелюдинамических показателей. С помощью медицинского диагностического автоматизированного комбинированного комплекса «Сфера-4» проводили определение гемодинамических показателей. Синхронно с реографией проводилась регистрация ЭКГ во II стандартном отведении. На основании интегральной реограммы по методике М.И. Тищенко (1973) были исследованы характеристики центральной гемодинамики у молодых людей. Определялись следующие показатели: ЧСС - частота сердечных сокращений, уд" .; ОПСС — общее периферическое сопротивление сосудов, динхс"'см"5; УОК
— ударный объем крови, мл; УИ — ударный индекс, мл/мин; МОК — минутный объем крови, л/мин; СИ - сердечный индекс, л/минхм2; МЛЖ - мощность левого желудочка, Вт; ИМРС - индекс минутной работы сердца, кгхм/мин/м2; ИУРС - индекс ударной работы сердца, кгхм/м/м2; ОСИ - общая скорость изгнания, мл/с; ПИ — период изгнания, с. Артериальное давление измеряли с помощью сфигмоманометра, оценивая по среднему значению трех измерений, где фиксировалось систолическое (АДс) и диастолическое артериальное давление (АДд). Рассчитывалось пульсовое артериальное давление (АДп) как АДп = АДс-АДд, среднединамическое давление (АДср) как АДср = АДц+(АДс-АДд)/3. Все молодые люди выполняли физическую нагрузку (20 приседаний за 30 секунд). На основании измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений (ЧСС) до и после физической нагрузки рассчитывались индекс хронотропного резерва сердца как ИХР = ЧССн/ЧССпхЮО, %, где ЧССн - частота сердечных сокращений после нагрузки, уд"1., ЧССп - частота сердечных сокращений в покое, уд"1.; индекс инотропного резерва сердца как ИИР = АДс2/АДс1х100, %, где АДс1 - систолическое артериальное давление в
покое, мм рт. ст, АДс2 - систолическое артериальное давление после нагрузки, мм рт. ст.
Исследование мозгового кровообращения. Проводилось с помощью медицинского диагностического автоматизированного комбинированного комплекса «Сфера-4». Реоэнцефалограмму регистрировали в бассейне внутренней сонной артерии во фронтомастоидальном отведении (БМ) с параллельной синхронной записью электрокардиограммы. Определялись следующие показатели мозгового кровотока: Т - время распространения пульсовой волны от сердца до исследуемого участка, с; ТИ - период изгнания; С - длительность сердечного цикла, с; РИ - соотношение амплитуды реографической волны в мм с калибровочным сигналом в мм, 1/ОМ; АЧП -амплитудно-частотный показатель, усл. ед.; А — время подъема анакроты — время максимального систолического наполнения сосудов, с. А — подразделяют на две составляющие - А] и А2: А] - время быстрого кровенаполнения, с; А2 -время медленного кровенаполнения, с; ДИК - дикротический индекс, %; ДИА -диастолический индекс, %; А/С - показатель тонуса артерий всех калибров, %; А1/С - показатель тонуса артерий крупного калибра, %; А2/С - показатель тонуса артерий среднего и мелкого калибра, %; А1/А2 - показатель соотношения тонуса артерий крупного и среднего и мелкого калибров, %; Уб -систолический объем кровотока, мл; Ут - минутный объем кровотока, мл; Ушах - средняя скорость быстрого кровенаполнения, Ом/с; Ушт - средняя скорость медленного кровенаполнения, Ом/с; В - продолжительность катакроты - длительность оттока крови, с.
Исследование энергоэмиссионных процессов. Проводилось с использованием программно-аппаратного комплекса «ГРВ Компакт». Вычисляли следующие параметры: Пл - общую площадь изображения, Пс; НПл - нормализованную (приведенную) площадь изображения, Пс; ИС -интенсивность свечения, усл. ед.; КоэФ - коэффициент формы, усл. ед.; КолФ -количество фрагментов, усл. ед.; Фр — фрактальность по Мандельброту, усл. ед.; Е - энтропию, усл. ед.; РВК - радиус вписанного круга, усл. ед.; СКО -среднеквадратичное отклонение радиуса вписанного круга, усл. ед.
Исследование временной организации функционального состояния. Для определения акрофазы циркадного ритма один раз в месяц 4 раза в течение дня (в 08.00, 11.00, 14.00, 17.00 часов), а для определения инфрадианного (околонедельного) ритма ежедневно с 08.00 до 09.00 часов у 45 молодых людей регистрировали ЧСС пальпаторно и АД в состоянии относительного мышечного покоя и после физической нагрузки (20 приседаний за 30 секунд); измерялись силовые показатели правой и левой руки (динамометрия); проводился теппинг-тест. Дополнительно студенты проводили самооценку своего психоэмоционального состояния по следующим пунктам: продолжительность сна, качество сна, скорость включения в работу, настроение, активность, работоспособность, потребность во сне, общее самочувствие на протяжении суток. Свое состояние молодые люди оценивали по шкале от -3 до +3 баллов (включая нулевое значение), затем итог суммировался. Исследование повторяли через 24 часа в течение 25 дней.
Для оценки физической работоспособности и функциональных возможностей организма рассчитывали: коэффициент выносливости (KB (усл. ед.) по формуле: KB — (ЧСС/АДп)х10; двойное произведение (ДП) (усл. ед.) по формуле: ДП = ЧССхАДс/100; хроноинотропный показатель (ХИП) (усл. ед.) по формуле ХИП = САДхЧСС; показатель эффективности кровообращения (ПЭК) (усл. ед.) по формуле ПЭК = САД/ЧС010; показатель качества реакции (ПКР) (усл. ед.) по формуле ПКР = (АДп2-АДп1)/(ЧСС2-ЧСС1), где АДп1 и ЧСС1 - АДп и ЧСС до физической нагрузки, а АДп2 и ЧСС2 - АДп и 4CG после физической нагрузки. Для изучения реакции организма на стрессирующие факторы (перевод времени) в осенний и весенний сезоны года было проведено дополнительное исследование функционального состояния молодых людей по данной методике в течение двух недель до и после перевода стрелок. Для выявления доминирующего биоритмологического типа у юношей было проведено изучение хронотипа по методике J.A. Hörne, О. Ostberg (1976).
Статистическая обработка полученных результатов. Анализ полученных результатов исследования проводился с помощью статистического пакета SPSS и Statistica (Stat Soft, USA). Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимался за 0,05. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных проводилась по критерию Shapiro-Wilk. В случае нормального распределения переменных применялся параметрический метод по Стьюденту для зависимых выборок, при ненормальном распределении - непараметрический метод по Вилкоксону. Результаты непараметрического метода обработки представлены в виде медианы (Md) и 25, 75 перцентилей, параметрические - среднего значения (М) и стандартного отклонения (т). Корреляционный анализ выполнен с использованием ранговой корреляции по Spearmen (rs) с учетом статистически значимых коэффициентов корреляции (р<0,05-0,001). При факторном анализе использовали метод главных компонент с вращением Varimax с нормализацией Кайзера. Для интерпретации брались только информативные (кумулятивный процент от общей дисперсии выборки 70 и выше) и адекватные модели для данных выборок с мерой выборочной адекватности Кайзера-Мейера-Олкина более 0,5. С целью выявления сезонных особенностей протекания энергетических процессов и их связи с функциональным и физическим потенциалом организма проведен множественный регрессионный анализ, где предикторами выступали антропометрические и функциональные показатели, а зависимыми - величины, отражающие протекание энергоэмиссионных процессов в организме. Учитывали регрессионные уравнения, в которых статистически значимо всё уравнение (F - критерий <0,05) и его коэффициенты (р<0,05-0,001). Принимали к рассмотрению регрессионные модели, в результате построения которых распределение остатков соответствовало распределению Гаусса и коэффициент детерминации R2 был более 0,30 (Наследов А.Д., 2008).
Обработка и аппроксимация биоритмологических результатов исследования методом наименьших квадратов проводилась с использованием прикладного математического пакета «Maple 13». Определяли характеристики
колебательного процесса: мезор - величина, соответствующая среднему значению полезного сигнала; амплитуда - наибольшее отклонение сигнала от мезора; акрофаза — момент, когда сигнал принимает свое максимальное значение (Пискунов Н.С., 1985).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Сезонные изменения психоэмоционального состояния в течение года в приполярном регионе. У молодых людей в начале учебного года (осень) относительно должных значений наблюдается низкий уровень тревожных проявлений, враждебные реакции не выражены (р<0,001), самочувствие благоприятное (р<0,001), зарегистрирован высокий уровень активности и настроения (р<0,001). Тем не менее благоприятный психоэмоциональный фон у юношей сопровождается ростом физической и вербальной агрессивности (р<0,001), что может способствовать затруднению сотрудничества в группе и возникновению конфликтных ситуаций. Возможно, выраженные агрессивные реакции связаны с перегруппировкой лидерских позиций внутри учебной группы после летнего отдыха.
К зимнему периоду происходит увеличение на 30 % показателя ситуационной (р<0,001) и на 18 % - личностной тревожности (р<0,001), зарегистрировано снижение активности на 6 % (р<0,05) (рис. 1). Негативные изменения в период «биологической полярной ночи» происходят и в структуре характерологических проявлений - растет физическая агрессивность (на 34 %, р<0,001), негативизм (на 22 %, р<0,001), обидчивость (на 13 %, р<0,01), подозрительность (на 13 %, р<0,01) и раздражительность (на 6 %, р<0,05). Тем не менее, отмечено снижение вербальной агрессивности (р<0,05).
Зима Весна Лето
Рис. 1. Изменение психоэмоционального состояния юношей в течение года (за 100% приняты показатели осеннего сезона; различия достоверны относительно осени: * - р<0,05, ** - р<0,01, *** - р<0,001).
В весенний период года на фоне снижения тревожных (р<0,001) и агрессивных реакций (р<0,001) относительно зимы наблюдается нарастание вербальной агрессивности, которая летом достигает максимальных сезонных величин (р<0,05). Кроме того в летний сезон вновь увеличивается ситуационная тревожность (р<0,05), подозрительность (р<0,05), негативизм (р<0,05), раздражительность (р<0,05) и отмечается снижение активности (р<0,05).
Сезонные изменения карднореспираторной системы в течение года в приполярном регионе. В осенний сезон у юношей зарегистрирована выраженная парасимпатическая активность: относительно должных значений выше величины RRNN (р<0,05), SDNN (р<0,05), Mo (р<0,001), MxDMn (р<0,001), RMSSD (р<0,001), pNN50 (р<0,001) и снижены SI (р<0,001) и АМо (р<0,05). Спектральный анализ определил активное влияние волн высокочастотного спектра (HF%, р<0,001) на управление сердечным ритмом на фоне снижения вклада низкочастотного (LF%, р<0,05) и сверхнизкочастотного (VLF%) компонентов (р<0,001). Возможно, парасимпатическая активность в управлении сердечным ритмом осенью в приполярном регионе вызвана первыми Холодовыми стрессами, что повышает нагрузку на дыхательные мышцы, активирующие работу дыхательного центра (Mickleborough T.D. et al., 2008; Romer L. et al., 2008; Мищенко B.C. с соавт., 2011).
Сравнительный анализ изменения показателей вариабельности сердечного ритма в динамике года относительно осеннего периода указывает, что к периоду «биологической полярной ночи» наблюдается активное снижение величин, отражающих парасимпатическую активность - SDNN на 10 % (р<0,05), Мо на 4 %, CV на 14 % (р<0,01), MxDMn на 12 % (р<0,01), RMSSD на 20 % (р<0,001), pNN50 на 28 % (р<0,001) (рис. 2). Значительно увеличивается симпатическая активность - на 13 % АМо (р<0,001), на 16 % СС1 (р<0,001), на 6 % SI (р<0,05), на 10 % ИВР (р<0,001). В весенний сезон высокий уровень симпатической активности сохраняется. Только к лету активность симпатического спектра ВНС начинает снижаться, а парасимпатическая активность - увеличиваться.
Анализ изменения величин частотного спектра в течение года у молодых людей подтверждает вышеприведенные данные - происходит уменьшение влияния автономного контура регуляции от осени к другим сезонам года. Отмечено снижение общей мощности спектра к зимнему сезону на 26 % (р<0,001), к весне - на 22 % (р<0,001) и к лету - на 16 % (р<0,001), активности высокочастотного спектра регуляции на 37 % зимой (р<0,001), на 28 % весной (р<0,001) и на 24 % летом (р<0,001). Симпатическая активность вегетативной нервной системы (ВНС) нарастает постепенно - зимой на 10 % увеличиваются LF% (р<0,01) и VLF% (р<0,01), а к весне эрготропная и гуморально-метаболическая активность увеличивается значительно (величина VLF% выросла на 58 %) (р<0,001) на фоне стабильных относительно зимы величин LF%. К летнему сезону симпатическая активность в управлении сердечным ритмом снижается практически до значений, которые были зарегистрированы в осенний сезон. Тем не менее, в полной мере восстановление
парасимпатического спектра регуляции не происходит - значения Ш-Уо в этом сезоне ниже зарегистрированных осенью на 24 % (р<0,001).
□ Зима £3 Весна □ Лето
Рис. 2. Изменение показателей вегетативной регуляции ритма сердца у юношей в течение года (за 100% приняты показатели осеннего сезона; различия достоверны относительно осени: * - р<0,05, ** - р<0,01, *** - р<0,001).
В осенний сезон у молодых людей зарегистрировано превышение должных величин по ряду респираторных показателей - ЖЕЛ на 13 % (р<0,05), ДО на 35 % (р<0,001), МОД на 34 % (р<0,001), МВЛ на 31 % (р<0,001), РОвыд на 11 % (р<0,05), МОС50 на 24 % (р<0,001), МОС75 на 60 % (р<0,001), СОС25-75 на 37 % (р<0,001), что указывает на высокие функциональные возможности и способности организма.
К периоду «биологической полярной ночи» относительно осени происходит увеличение ДО на 11 % (р<0,01), РОвд на 34 % (р<0,001), Евд на 27 % (р<0,001), МОД на 28 % (р<0,001), что может указывать на начальный процесс адаптации респираторной системы к Холодовым воздействиям, проявляющееся в росте энерготрат (рис. 3). К весеннему периоду года продолжается дальнейший рост ДО (р<0,001), Евд (р<0,001) и МОД (р<0,001) и снижение РОвыд (р<0,05) и ЧДп (р<0,05). К лету большинство показателей остаются стабильно высокими относительно зимнее - весеннего периода (ЖЕЛ, ДО, РОвд, Евд, ЧДп, МОД) на фоне дальнейшего снижения РОвыд (р<0,001). Обращает на себя внимание активное линейное снижение РОвыд, которое к лету достигает 14 %, на фоне роста РОвд на 34 % - 21 % - 29 % (соответственно зима - весна - лето). Данный факт (отношение РОвыд/РОвд) может указывать на снижение газообмена в легких в динамике от осени к другим сезонам года (Гудков А.Б. с соавт., 2012).
% %
Рис. 3. Изменение показателей внешнего дыхания у юношей в течение года (за 100% приняты показатели осеннего сезона; различия достоверны относительно осени: * -р<0,05, ** - р<0,01, *** -р<0,001).
К весенне-летнему периоду при максимальных величинах МОД (р<0,001), увеличивается ДОмвл на 9 - 13 % (р<0,05; р<0,01) и МВЛ на 19 -29 % (р<0,001; р<0,001) (рис. 4). К весенне-летнему сезону года продолжается увеличиваться величина ЧДмвл на 15-23 %, информирующая о том, что высокие предельные возможности системы внешнего дыхания обеспечиваются энергозатратным путем - за счет роста ЧДмвл, который усугубляется от осени к лету (р<0,001; р<0,001; р<0,001). Скрытое напряжение в системе внешнего дыхания подтверждается тенденцией к снижению величин РД от осени к другим сезонам года.
90 100 110 120 130 140
□ Зима Э Весна □ Лето
Рис. 4. Изменение показателей легочной вентиляции у юношей в течение года (за 100% приняты показатели осеннего сезона; различия достоверны относительно осени: * - р<0,05, * * - р<0,01, * * * - р<0,001).
Негативные тенденции от осени к другим сезонам прослеживаются и в показателях, отражающих состояние воздухоносных путей (рис. 5). Зимой на фоне снижения показателей МОС25 (р<0,05) происходит увеличение СОС75.85 на 22 % (р<0,001). Данные изменения указывают на увеличение сопротивления воздуху в бронхиолах, что может быть связано с Холодовыми влияниями на систему внешнего дыхания и незавершенностью адаптивных процессов. К весеннему периоду года напряжение в бронхах мелкого калибра снижается, его разница с осенним периодом составляет 16 % (р<0,01), а к летнему сезону сокращается до 10 % (р<0,05).
Так же к лету происходит положительная динамика в бронхах мелкого, среднего и крупного калибра - снижаются на 16 % МОС5о (р<0,001), на 11 % МОС75 (р<0,01) и СОС25_75 (р<0,01). Динамика ИТ (р<0,05) и ИГ подтверждает приведенные выше факты, указывающие на то, что к летнему сезону напряжение в системе бронхов и бронхиол, возникающее при адаптивных изменениях к холоду, снижается.
□ Зима Ш Весна □ Лето
Рис. 5. Изменение бронхиальной проводимости у юношей в течение года (за 100% приняты показатели осеннего сезона; различия достоверны относительно осени: * -р<0,05, ** - р<0,01, *** -р<0,001).
Состояние системной гемодинамики у молодых людей в осенний период года соответствует эукинетическому типу реагирования, который является наиболее оптимальным с точки зрения гемодинамической организации (табл. 1). Сравнительный анализ фактических и должных величин у юношей указывает на повышение хронотропной функции сердца (снижено ЧСС (р<0,05) при росте УИ (р<0,001), МОК ¿<0,01), СИ (р<0,01) и ПИ (р<0,001). На фоне высоких значений ОПСС (р<0,001) отмечено снижение УПСС (р<0,001) и АДц (Р<0,001).
Таблица 1
Изменение показателей системной гемодинамики у юношей в течение года М<1 (25-й; 75-й перцентиль)
п=170
Сезон Пок-ли Осень Зима Весна Лето
ЧСС, уд" 65,05 (58,38; 69,05) 60,45 (57,0; 72,08)* 62,65 (56,00; 68,48) 61,35 (56,5; 63,90)
АДс, мм. рт.ст 120,00 (115,50;123,00) 120,00 СИ 0,00; 130,00) 124,00 (116,50; 132,00)* 116,50 (109,00;129,80)
АДд, мм. рт.ст 64,50 (60,00; 72,00) 80,00 (70,00; 80,00)* 67,50 (60,00; 72,25) 67,50 (60,00; 70,00)
АДп, мм. рт.ст 56,00 (50,25; 60,00) 40,00 (40,00; 50,00)*** 56,00 (45,50; 62,00) 51,00 (46,00; 60,00)
АДср, мм. рт.ст 86,36 (83,72; 93,68) 96,80 (91,00;101,00)*** 91,52 (82,22; 95,99) 88,36 (83,64; 93,15)
ОПСС, ДИНХС_1СМ"3 1995,5 (1783,25;2283,75) 2168,5 (1812,25; 298,83) 1534,60 (1406,49;1801,53) 1467,04 (1322,41;1745,15)
УПСС, усл. ед. 26,33 (24,12; 28,37) 28,89 (26,60; 30,78) 27,98 (25,14; 29.30) 28,32 (26,89; 31,03)
УОК, мл 70,94 (64,26; 77,58) 60,86 (58,06; 65,87)*** 70,86 (66,49; 75,44) 69,98 (62,54; 74,66)
УИ, мл/мин2 55,01 (49,81; 61,69) 59,47 (47,96; 67,49)* 51,12 (45,47;63,05) 57,13 (47,94; 62,40)
МОК, л/мин 6,75 (5,26; 7,70) 6,49 (5,18; 9,47) 5,94 (4,58; 8,01) 6,49 (5,06; 8,23)
СИ, л/минхм2 3,28 (2,82; 3,91) 3,35 (2,81; 3,85) 3,27 (2,69; 3,67) 3,12 (2,62; 3,67)
МЛЖ, Вт 3,51 (2,95; 4,11) 4,06 (2,95; 4,11)* 3,52 (2,97; 4,66) 3,63 (3,06; 4,42)
ИМРС,кгх м/мин/м2 4,07 (3,23; 4,81) 4,39(3,81;5,02)* 3,83 (3,25; 4,84) 3,74 (3,20; 4,43)*
ИУРС,кгхм /м/м2 64,27 (59,85; 72,24) 77,46 (62,8; 87,94)* 64,86 (56,42; 76,96) 67,29 (56,1; 75,13)
ОСИ, мл/с 315,75 (280,53; 368,33) 333,30 (291,63; 419,50)* 310,85 (275,75; 378,43) 328,50 (298,25; 380,9)
ПИ, с 0,32 (0,30; 0,34) 0,33 (0,29; 0,35) 0,31 (0,28; 0,33)* 0,32 (0,30; 0,36)
ИХР,% 52,71 (37,50; 66,67) 43,65 (37,50; 65,74) 54,76 (47,98; 72,05) 50,00 (42,02; 68,86)
ИИР, % 116,4 (83,3; 131,7) 87,1 (60,1; 112,5)*** 105,3 (72,3; 161,8)** 116,7 (59,3; 176,9)
Примечание. Различия достоверны относительно осени: * - р<0,05; ** - р<0,01; ***-р<0,001.
К периоду «биологической полярной ночи» происходит повышение АДд на 23 % (р<0,001), АДср на 13 % (р<0,01), ОПСС на 10 % (р<0,05), УПСС на 12 % (р<0,01) и снижение АДп на 26 % (р<0,001). Данная реакция показателей центральной гемодинамики в зимний период года указывает на возрастание энергетических трат организма, связанных с возрастанием противодействие
кровотоку в транспортно-демферном звене, и уменьшение эффективности работы сердца.
К весенне-летнему сезону наблюдается снижение нагрузки на сердце, о чем информирует уменьшение АДср на 7 - 11 % (р<0,05), АДд на 18 % (р<0,01), ОПСС на 23 -27 % (р<0,001). Тем не менее, удельное периферическое сопротивление остается стабильно повышенным на 12 % во все сезоны года относительно осени (р<0,01), что указывает на напряжение в сосудистом спектре гемодинамики. Кроме того, адаптивно-компенсаторные реакции в организме, вызванные изменением природно-климатических факторов при переходе от осеннего к зимнему периоду, способствуют снижению УОК на 14 % (р<0,01), повышению МЛЖ на 16 % (р<0,01), ИУРС на 22 % (р<0,001), УИ на 9 % (р<0,05), ИМРС на 8 % (р<0,05). Происходящие изменения свидетельствуют о возросшей нагрузке на сердечный компонент центральной гемодинамики. К весне относительно зимы значительно снижается МОК на 18 % (р<0,01), УИ на 12 % (р<0,01), МЛЖ на 16 % (р<0,01), ИМРС на 14 % (р<0,01), ИУРС на 20 % (р<0,001), ОСИ на 6 % (р<0,05) и ПИ на 7 % (р<0,05) на фоне роста УОК на 14 % (р<0,01). Данные изменения, на фоне уменьшения ОПСС, можно оценить как тенденцию к снижению напряжения компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы весной относительно зимы за счет стабилизации вкладов сердечного и сосудистого компонентов. Тем не менее, напряжение в системной гемодинамике сохраняется до летнего периода (снижен УОК, МОК, СИ, ИМРС относительно осени). Значительная нагрузка на адаптационные механизмы системной гемодинамики, выявленная у юношей, подтверждается сезонной динамикой ИХР и ИИР, которые к зимнему периоду года снижаются на 17 - 25 % (р<0,01; р<0,001) и сохраняются на довольно низком уровне в весенний и летний периоды года.
Мозговой кровоток является важнейшим компонентом гемодинамической структуры, от которой зависит эффективность умственной деятельности молодых людей. В начале года (в осенний период) у юношей отмечается снижение его интенсивности как справа (р<0,001), так и слева (р<0,001) (табл. 2). Кроме того, снижены относительно должных величин показатели ТИ (р<0,001), Ушах (р<0,05) и Упип (р<0,001) справа, что свидетельствует о недостаточности наполнения крупных, средних и мелких артерий. Наблюдается увеличение сосудистого тонуса на 25 - 31 % (р<0,001) особо выраженное в мелких артериях и артериолах слева (р<0,01) на фоне затруднения венозного оттока справа (р<0,01). Естественно, что при стабильности АДс и АДд данные изменения не могут быть связаны с какими-либо глубокими нарушениями церебрального кровотока. Тем не менее затруднение венозного оттока справа на фоне увеличенного сосудистого тонуса, снижение скоростных величин на фоне увеличения временных отражает напряжение в системе кровоснабжения мозга у молодых северян.
К зимнему периоду увеличивается интенсивность кровотока слева (на 12 %, р<0,01), сохраняя повышенный уровень и в весенний сезон (р<0,01).
Справа наблюдается линейное снижение кровотока от зимы к лету (на 14 %, р<0,01).
Таблица 2
Изменение показателей церебральной гемодинамики у юношей в течение года Мё (25-й; 75-й перцентиль)
п=170
Ч^езон Пок-шк Отве дени я Осень Зима Весна Лето
РИ, Ом Бма 0,73 (0,58; 0,81) 0,73 (0,58; 0,81) 0,70 (0,61; 0,81)* 0,63 (0,50; 0,79)*
РМэ 0,69 (0,54; 0,92) 0,77 (0,65; 0,94)* 0,73 (0,61; 0,89)* 0,69 (0,54; 0,82)
АЧП, 1/с БМс! 0,61 (0,47; 0,86) 0,77 (0,56; 0,93)* 0,69 (0,59; 0,86) 0,60 (0,49; 0,75)
РМэ 0,62 (0,52; 0,81) 0,77 (0,55; 0,93)* 0,70 (0,59; 0,80) 0,62 (0,53; 0,78)
А, с Бма 0,09 (0,08; 0,14) 0,10 (0,08; 0,26)* 0,09 (0,08; 0,22) 0,14 (0,08; 0,24)*
РМэ 0,09(0,08; 0,11) 0,10 (0,09; 0,23)* 0,11 (0,09; 0,25) 0,10 (0,09; 0,29)*
Аь с РМс! 0,05(0,05; 0,05) 0,05 (0,05; 0,05)* 0,05 (0,05; 0,05) 0,05 (0,05; 0,05)
РМБ 0,05 (0,04; 0,05) 0,05 (0,05; 0,05)* 0,05 (0,04; 0,05) 0,05 (0,05; 0,05)
Аг, с РМс1 0,04 (0,03; 0,10) 0,05 (0,04; 0,21)* 0,05(0,04; 0,18) 0,07(0,04; 0,19)*
РМБ 0,04 (0,04; 0,06) 0,05 (0,04; 0,18)* 0,06 (0,04; 0,21) 0,05 (0,04; 0,25)*
А/С, % Бма 9,20(7,48; 11,15) 9,65 (8,30; 12,78)* 8,90 (8,25; 18,00)* 11,25 (8,20; 2,28)
РМэ 9,20 (7,78; 11,43) 10,10 (8,60; 12,03) 10,30 (8,40; 14,33) 9,95 (8,48; 21,35)
А]/С, % рма 4,70 (4,18; 5,13) 4,60 (4,20; 5,65) 4,50 (4,08; 4,93) 4,50 (4,08; 5,20)
РМэ 4,65 (4,15; 5,20) 4,65 (4,05; 5,60) 4,60 (4,00; 5,00) 4,55 (4,10; 5,23)
Аз/С, % РМс1 4,10 (2,75; 5,13) 4,55 (3,30; 6,03)* 4,25 (3,40; 13,25)* 6,15 (3,60; 16,93)*
РМэ 4,45 (3,40; 6,08) 4,60 (3,80; 6,30) 5,10 (3,90; 9,13) 4,75 (3,88; 17,18)
А!/А2, % рма 111,80 (66,90; 150,00) 88,30 (33,90; 147,30)** 100,00 (26,00; 128,60) 71,15 (23,05; 131,85)**
РМэ 110,80 (71,20; 127,03) 90,10 (50,05; 112,50)** 89,90 (21,53; 107,43)* 86,85 (19,13; 121,83)**
Примечание. Различия достоверны относительно осени: * -р<0,05; ** - р<0,01.
В период «биологической полярной ночи» и в весенний сезон значительно увеличивается АЧП как справа (на 26 - 13 %, р<0,001; р<0,01) так и слева (24 -13 %, р<0,001; р<0,01), величины которого уменьшаются только к летнему сезону. К зиме наблюдается усиление сосудистого тонуса справа и слева (на 11 %, р<0,01), которое к весне усугубляется (на 22 %, р<0,001) и больше выражено слева. Летом отмечается значительное напряжение в сосудистом
спектре справа (рост на 55 % относительно зимы (р<0,001) и на 44 % -относительно осени (р<0,001)). Данные изменения происходят за счет усиления нагрузки на медленную компоненту реографической волны, как справа, так и слева (р<0,001). Летом, кроме того, отмечено снижение упруго-эластических свойств артериальных сосудов, более выраженное с правой стороны (р<0,001).
У молодых людей в период «биологической полярной ночи» происходит значительное повышение Уэ (на 39 %, р<0,001) и Ут (39 %, р<0,001) справа. Так же зимой относительно осени на 27 % увеличивается Утах (р<0,001). Слева значительная активация отмечается со стороны показателя Ут (на 27 %, р<0,05) на фоне сохранения стабильности других объемно-временных величин. К весеннему периоду года выраженная вариабельность выявлена в значениях ДИК, величины которого увеличились на 22 % справа (р<0,001) и на 19 % слева (р<0,01), и ДИА на 13 % (р<0,05), тогда как значения систолического и минутного объемов кровообращения снижаются. Весной зарегистрировано повышение венозного оттока на 16 % (р<0,01) относительно зимнего периода и снижение средней скорости медленного кровенаполнения слева на 10 % (р<0,05). К лету продолжает снижаться Ушт (на 11 - 17 %, р<0,01; р<0,001) и Утах (на 12 - 15 %, р<0,01; р<0,01) относительно весны на фоне роста ТИ на 25 % (р<0,001) и снижения С на 8 % (р<0,05).
Внутрисистемные взаимосвязи показателей кардиореспираторной системы в течение года в приполярном регионе. Данные факторного анализа сезонных адаптационных изменений свидетельствуют о том, что в осенний период года функциональное состояние у здоровых молодых людей связано, прежде всего, с потенциальными возможностями сердечно-сосудистой системы в целом с преобладанием ее центрального компонента (рис. 6). Наиболее значимую роль (I фактор) занимают показатели контрактильности и сократимости миокарда. Второй фактор сформирован показателями, отражающими интенсивность церебрального кровотока. Третий фактор, который определяет дыхательный паттерн, указывает, что адаптивные возможности организма со стороны внешнего дыхания обусловлены в первую очередь бронхиальной проводимостью на уровне крупных и средних бронхов. Возможно данный факт информирует о начальном этапе акклиматизации к холодному времени года, так как в октябре в приполярье могут наблюдаться достаточно низкие температуры внешней среды. В четвертый фактор вошли показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР), что может информировать об оптимально - стабильном состоянии молодых людей относительно других сезонов года, поэтому контроль со стороны вегетативной нервной системы (ВНС) за функциональным состоянием организма снижен. Кроме того ни один показатель, отражающий симпатическую активность ВНС, не вошел в эту матрицу осенью. Пятый фактор объединил показатели мозгового кровотока, отражающие его объемные параметры.
Увеличение напряжения адаптивных резервов организма наблюдается в зимний период, что находит свое отражение в переходе в первый фактор параметров ВСР и активацию показателей, отвечающих за симпатическую активность ВНС (рис. 6). Данные процессы указывают на расширение контроля
со стороны высших отделов мозга за функциональным состоянием организма. Кроме того ряд авторов отмечают, что при активизации симпатической компоненты в управлении сердечным ритмом нарушается кардиореспираторная синхронизация, тогда как активность парасимпатического отдела ВНС имеет обратный эффект (Сарайкин Д.А. с соавт., 2011). Холодовой стресс и нарастающее функциональное напряжение способствует развертыванию респираторной матрицы - переходит во второй фактор, увеличивается количество показателей, но взаимоотношения внутри системы не меняются -нагрузка приходится на бронхи крупного, и среднего калибра, которые первыми реагируют на дыхание воздухом отрицательной температуры. Третий фактор формируется показателями мозгового кровотока, объединяясь в одну составляющую, но и зимой основной контроль остается за интенсивностью кровотока, его скоростным потенциалом. Показатели, отражающие центральную гемодинамику, переходят в четвертый фактор. Интересен тот факт, что в зимний период года вклад в кумулятивную сумму у всех факторов при незначительном лидерстве первого практически равнозначен, что также подтверждает значительное напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов организма.
Рис. 6. Факторная модель кардиореспираторной системы осенью и зимой
В весенний сезон адаптивное напряжение в функциональных системах сохраняется (рис. 7). Первый фактор не меняет свою структуру - сформирован показателями вариабельности сердечного ритма, усиливается роль симпатической компоненты (величина 81 становится более значимой). Значительные колебания метеорологических факторов в северном регионе в весенний сезон вызывают напряжение в системе мозгового кровотока - его
показатели вошли во второй фактор, их количество в матрице увеличивается на фоне изменения внутриструктурных взаимоотношений. Если зимой матрицу формировали величины, отражающие активность мозгового кровотока, то в весенний период года - показатели, указывающие на его зависимость от объемных параметров и элластических свойств сосудов. В данный период усиливается зависимость церебрального кровотока от центрального, что указывает на рост напряжения в сердечно-сосудистой системе. Это подтверждается переходом параметров центральной гемодинамики в третий фактор и делением фактора «мозговой кровоток» на 2 составляющие: объемный кровоток - формирует второй фактор, интенсивность кровотока -четвертый. Смещение показателей внешнего дыхания в 5 фактор весной, скорее всего, указывает не на снижение функциональной нагрузки на респираторную систему, а на усиление напряжения в гемодинамической составляющей кардиореспираторной системы. Тот факт, что в весенний период года на систему внешнего дыхания падает значительная функциональная нагрузка, подтверждается структурой самого фактора, в который вошли показатели, отражающие проходимость воздухоносных путей в целом (возможного наличия как рестриктивных, так и обструктивных нарушений) и механические свойства дыхательной системы.
Рис. 7. Факторная модель кардиореспираторной системы весной и летом
Структура матрицы в летний сезон указывает - в первую очередь нагрузка падает на мозговой кровоток (рис. 7). Показатели, отражающие его состояние, объединяясь, смещаются в первый фактор, что информирует о важности всей спектральной составляющей кровотока для сохранения адаптивных резервов в системе. Данные процессы в функциональной системе, несомненно, связаны с повышением температуры воздуха, снижением влажности и активизацией солнечной инсоляции, что негативно сказывается на
мозговом кровотоке (Кадырмаева Д.Р., Долгов A.M., 2004; Хасанова Н.М., Попов В.В., 2012). Показатели вариабельности сердечного ритма переходят во второй фактор, следовательно, напряжение в сердечно-сосудистой системе, требующее контроля со стороны ВНС, сохраняется. Параметры центральной гемодинамики смещаются в четвертый фактор, а респираторного блока в третий, с изменением внутриструктурного распределения показателей внешнего дыхания, вновь информируя об усилении нагрузки на газотранспортную систему. Возможно, данная реорганизация связана с адаптивными изменениями к теплому времени года, что проявляется увеличением нагрузки на бронхи всех калибров (крупные, средние и мелкие), зависимости общего функционального состояния от скоростных показателей выдоха.
Таким образом, сезонные флуктуации в условиях приполярного региона, характеризующиеся высоким уровнем стохастичности, вызывают внутриструктурную перестройку кардиореспираторной системы.
Сезонные закономерности протекания энергоэмиссионных процессов. Анализ внутриструктурных изменений, происходящих в кардиореспираторной системе, при сезонных компенсаторно-приспособительных процессах указывает, что организм молодых людей испытывает выраженное функциональное напряжение в зимний и весенний период года. Тем не менее данные сезонные структурные преобразования функциональной системы могут свидетельствовать и о естественных реакциях организма коренных жителей приполярного региона, которые не вызывают увеличения энергетических затрат. Определить состояние системы, ее энергетический потенциал в определенный период времени возможно, вычисляя изменение энтропии, которая характеризует состояние связанной энергии данной системы (Трубецков Д.И., 2005). Следовательно, чем ниже энтропия - тем выше степень упорядоченности ее молекулярной структуры и практическая ценность внутренней энергии, тем большую часть энергии можно преобразовать в работу (Самойлов В.О., 2007). Анализ изменения энергоэмиссионных процессов в организме у юношей в течение года указывает на снижение показателей энтропии к зимнему период)' года (на 10 %, при р<0,01) (рис. 8). К весеннему сезону ее величины значительно возрастают относительно зимы (на 16 %, при р<0,01). В летний сезон показатели энтропии организма снижаются относительно весны (на 8 %, при р<0,05) и практически возвращаются к уровню, зарегистрированному в осенний период года. Увеличение доли свободной энергии в организме, что характерно для зимнего периода года, информирует о росте энергетического ресурса, активизации внутренних резервов организма, необходимых для стабилизации негативных процессов, которые наблюдаются на этапе адаптивных процессов к холодному времени года. В первую очередь увеличение внутреннего энергетического резерва организма происходит за счет роста упорядоченности в молекулярных структурах, от которых зависят направление и энергетические преобразования в организме (Самойлов В.О., 2007). Следовательно, в зимний сезон года, несмотря на наблюдающееся функциональное напряжение, организм молодых
людей сохраняет адаптивный резерв. Увеличение на 16 % величин энтропии к весне (относительно зимнего сезона) информирует о функциональном истощении, которое способно спровоцировать развитие различных негативных процессов в организме человека (р<0,01). Тем не менее к летнему периоду года доля свободной энергии вновь увеличивается, на что указывают сниженные величины энтропии относительно весны (р<0,05), а значит функционального потенциала организма здоровых молодых людей, коренных жителей приарктического региона, оказалось достаточно для сохранения гомеостатической стабильности.
усл.ед
Осень Зима Весна Лето
Рис. 8. Изменение энтропии у юношей в течение года (различия достоверны относительно осени: ** - р<0,01).
Таким образом, анализ изменений показателей энтропии в течение года указывает, что внутренняя реорганизация, происходящая в кардиореспираторной системе при сезонных адаптивных процессах, дает возможность организму сохранить и даже, за счет упорядочивания процессов преобразования энергии, увеличить энергетический ресурс, необходимый для сохранения адаптивных резервов в условиях нестабильной среды приарктического региона.
Сезонные перестройки циркадианных и инфрадианных ритмов гемодинамических показателей. Анализ сезонной закономерности перестройки циркадного и инфрадианного ритмов гемодинамических показателей так же дает возможность предположить, что в годовой динамике нарастание напряжения в сердечно-сосудистой системе у молодых людей происходит от осени к весеннему сезону (рис. 9). На первом этапе (осень) наблюдается снижение амплитуды при минимальном мезоре ЧСС (что может уменьшать лабильность системы); на втором этапе (зима) - увеличивается мезор ЧСС и ее амплитуда (что может свидетельствовать о напряжении компенсаторно-приспособительных систем организма); к весеннему сезону мезор ЧСС достигает максимальных значений на фоне продолжающегося роста амплитуды ЧСС (что может указывать на значительное функциональное напряжение). Снижение мезора ЧСС на фоне максимальных величин ее
амплитуды в летний период года можно охарактеризовать как начальный процесс стабилизации в хронотропной функции сердца.
Весна -А—Лето —»—Осень -®-Зима -Мезор
Рис. 9. Инфрадианный ритм ЧСС у юношей в течение года
Во все сезоны года в условиях северного региона акрофаза циркадного ритма ЧСС приходится на утренние часы (рис. 10): осень - в 08 часов 53 минуты; зима - в 06 часов 03 минуты; весна — в 07 часов 53 минуты; лето - в 07 часов 43 минуты.
Рис. 10. Циркадианный ритм ЧСС у юношей в течение года (О - осень, 3 - зима, В - весна, Л - лето)
Уменьшение светового дня и наступление периода «биологической полярной ночи» вызывает смещение акрофазы ЧСС на раннее утро, что может свидетельствовать о более выраженной реакции циркадной системы организма на уменьшение светового дня, чем на его увеличение.
Исследование хроноструктуры артериального давления так же указывает, что дестабилизация в инотропной функции сердечно-сосудистой системы у юношей происходит от осени к весеннему сезону (рис. 11). Негативные изменения в ритмических колебаниях АДс начинаются в период адаптации к весеннему времени года - происходит роста мезора АДс до максимальных сезонных величин и снижение амплитуды до минимальных значений в динамике года. Данный процесс наблюдается на фоне смещения акрофазы инфрадианного ритма АДс на начало недели. Начальный этап стабилизации АДс происходит к летнему сезону - величины мезора снижаются, повышается амплитуда, акрофаза околонедельного ритма АДс сдвигается на четверг.
—С—Весна -й-Лето Осень -в—Зима -Мезор
Рис. 11. Инфрадианный ритм АДс у юношей в течение года
Косинор-анализ выявил, что период акрофазы циркадного ритма АДс осенью, весной и летом наблюдается в дневное время (осенью в 15 часов 42 минуты; весной в 17 часов 09 минут; летом в 13 часов 49 минут). В зимний сезон года акрофаза зарегистрирована в утренние часы (в 08 часов 40 минут) (рис. 12). Имеются противоречивые данные в отношении циркадного поведения артериального давления, очевидно, из-за его мобильности. Некоторые исследователи отмечают, что наблюдается два пика АД - в 12 часов и в 18 часов с выраженным снижением в 13 - 14 часов (Матюхин В.А. с соавт., 1999). Результаты исследования индивидуальной динамики АД у людей, отнесенных к утреннему и вечернему типу, показывают, что в первом случае акрофаза АД наблюдается в 14 - 15 часов, а во втором в 18.30 - 20.00 часов (Чибисов С.М. с соавт., 2009). Результаты, полученные при изучении циркадного ритма у студентов и военнослужащих указывают, что у первых период акрофазы АДс приходится на 14.20 - 16.30 часов, в то время как у военнослужащих наблюдается ее смещение на вечер (18.00 - 22.30 часов) (Зинатуллина С.М. с соавт., 2003). Ряд исследователей, изучавших циркадный ритм АД у школьников, регистрировали его акрофазу осенью и зимой в 15.00 часов, тогда
как весной наблюдалось ее смещение на 12.00 часов (Повзун A.A. с соавт., 2011).
Рис. 12. Циркадианный ритм АДс у юношей в течение года (О - осень,
3 - зима, В - весна, Л - лето)
В наших исследованиях установлено, что наблюдаемый около 24-часовой ритм АДс в период весна - лето - осень в зимний сезон не сохраняется. С точки зрения сезонной синхронизации ритма АДс период «биологической полярной ночи» негативно влияет на организм, вызывая изменения в деятельности осциллятора. Тем не менее данные изменения могут являться необходимостью для эффективного приспособления к периоду, когда световой день минимален. Основываясь на данных В.А. Сафонова (2009) о «рудиментарной тревожности» и С.М. Зинатуллиной с соавт., (2003) о смещении акрофазы АДс на вечернее время у военнослужащих, подвергшихся стрессовым воздействиям можно предположить, что сдвиг осциллятора на утреннее время в период «биологической полярной ночи» у жителей приполярного региона является естественной реакцией на внешние влияния и в первую очередь - на уменьшение солнечной инсоляции.
В целом можно отметить, что хроноструктура ритма АДц в сезонной динамике незначительно меняется относительно ритма АДс и ЧСС (рис. 13). Максимальные величины мезора АДд также зарегистрированы в летний сезон (р<0,001), то есть в конце учебного года, а минимальные значения характерны для начала учебного года (осенне-зимний период года). Максимальные величины амплитуды АДд, полученные в весенний сезон (р<0,001) на фоне высоких сезонных показателей мезора, указывают на гиперсинхронизацию (избыточно жесткий «захват» биоритма) ритма АДд, что снижает пластичность временной системы организма. Снижение пластичности в весенний сезон способствует негативным изменениям биоритмологической структуры в летний период - наблюдается рост мезора АДц до максимальных сезонных величин и смещение акрофазы инфрадианного ритма АДд на начало недели. Возможно, гиперсинхронизация ритма АДц весной вызвана тем, что в ритмах ЧСС и АДс
Y
весной наблюдаются процессы рассогласования. Для того, что бы сердечнососудистая система не вышла из допустимых колебательных пределов, тем самым не наступило состояние десинхроноза, ритм АДц жестко синхронизируется. Тем не менее, гиперсинхронизация ритма АДд весной приводит к нарушению его синхронизации летом относительно других сезонов.
-"С*-Весна -й-Лето —Осень -©—Зима -Мезор
Рис. 13. Инфрадианный ритм АДц у юношей в течение года
Исследование циркадного ритма АДд свидетельствует (рис. 14), что его акрофаза в динамике сезонов года незначительно меняется - зимой, весной и летом она наблюдается в дневное время (зимой в 12 часов 53 минут; весной в 14 часов 56 минут; летом в 11 часов 11 минут). В осенний период года показатель акрофазы смещается на утреннее время - на 07 часов 10 минут. Возможно, смещение акрофазы АДд на утреннее время осенью указывает, что в первую очередь при адаптивных процессах к меняющимся внешним условиям среды (снижение температуры воздуха, уменьшение светового дня и т.д.) нагрузка падает на периферические сосуды. А уже к зимнему периоду года происходит реакция циркадных систем ЧСС и АДс — в данный период их акрофазы регистрируются в утреннее время.
Результаты наших исследований временной структуры АДд совпадают с выводами, полученными С.М. Зинатуллиной с соавт., (2003), изучавших в весенний период года циркадный ритм у студентов - жителей Чеченской республики, где указывается, что акрофаза АДц наблюдается в 14.20 - 16.30 часов. Данный факт может свидетельствовать о более жесткой структурной организации циркадного ритма АДд вне зависимости от региона проживания, тогда как циркадные ритмы АДс и ЧСС более лабильны.
Y
. X
180е
Рис. 14. Циркадианный ритм АДд у юношей в динамике сезонов года
(О - осень, 3 - зима, В - весна, J1 — лето)
Влияние искусственного смещения время-фактора на инфрадиаииые ритмы гемодииамических показателей. Несомненно возникает множество ситуаций, которые могут влиять на изменение ритмики физиологических систем - при различных расписаниях сменной работы, при пребывании в полярных районах, при перелетах и переездах в широтном направлении со сменой часового пояса или смещенного режима внешних датчиков (перевод стрелок) (В.А. Матюхин с соавт., 1999).
Исследование влияния искусственного смещения датчиков времени на временную структуру свидетельствует (рис. 15), что переход на зимнее время в осенний период года вызывает смещение акрофазы ритма ЧСС на четверг, тогда как до перевода стрелок она приходилась на начало недели (вторник).
78 -|
70 -
-о
68 -
—о
Дни недели
66
Пн Вт Ср Чт Пт Пн Вт Ср Чт Пт
— после перевода-осень -мезор —•— до перевода-осень
—1до перевода-весна —о- после перевода-весна
Рис. 15. Инфрадианный ритм ЧСС до и после смещения времени
Весной перевод стрелок вызывает обратную реакцию - если до перевода стрелок акрофаза ЧСС была в среду, то после перевода - во вторник.
Искусственное смещение времени как осенью, так и весной вызывает сдвиг акрофазы инфрадианного ритма АДс на начало недели - понедельник, тогда как до перевода стрелок акрофаза ритма была зарегистрирована в четверг (рис. 16).
122 л
Пн Вт Ср Чт Пт Пн Вт Ср Чт Пт —до перевода-осень —о—после перевода-осень —■- до перевода-весна -О- после перевода-весна -мезор
Рис. 16. Инфрадианный ритм АДс до и после смещения времени
Аналогичные процессы выявлены во временных процессах АДд (рис. 17).
79
77 "
о- 75
Е
г
73
71
_ ____ е-*
■ ■
■л-1-1 I
Дни недели
I I
Пн Вт Ср Чт Пт Пн Вт Ср Чт Пт —•— до перевода-осень —о— после перевода-осень
до перевода-весна -мезор
-О- после перевода-весна
Рис. 17. Инфрадианный ритм АДц до и после смещения времени
Следовательно, внешнее влияние (смещение времени) оказывает значительное воздействие на временную структуру инфрадианного ритма и является значимой нагрузкой для организма как осенью так и весной, изменяя
фазовые характеристики колебательного процесса и вызывая нарушения его синхронизации. В весенний период регистрируются более высокие показатели мезора ЧСС и АД, что указывает на выраженное функциональное напряжение сердечно-сосудистой системы в этот период года относительно осени. Тем не менее, весной реструктуризация ритмов ЧСС и АДд после перевода стрелок происходит на фоне повышения амплитуды (ЧСС на 80 % и АДд на 64 %), что может способствовать более активным процессам ресинхронизации их ритмов.
Таким образом, проведенные эколого-физиологические исследования позволили выявить сезонные аспекты адаптивных реакций и механизмы внутриструктурных преобразований в кардиореспираторной системе, временные изменения в ее гемодинамической структуре у жителей приполярного региона России.
ВЫВОДЫ
1. В условиях приполярного региона в период «биологической полярной ночи» и «белых ночей» у молодых людей наблюдается напряжение психоэмоционального состояния, что проявляется в повышении уровня ситуационной и личностной тревожности. Зимний период отмечен ростом физической, а летний - вербальной агрессивности на фоне увеличения негативизма, обиды, подозрительности и раздражительности.
2. В осенний период года у молодых людей на фоне увеличения тонуса мозговых сосудов зарегистрировано затруднение венозного оттока справа, выявлено снижение скоростных величин при увеличении временных показателей, что отражает напряжение в системе кровоснабжения мозга. Кроме того, наблюдается снижение тонуса артерий крупного, мелкого и среднего калибра в зимний, весенний и летний сезоны, уменьшение венозного кровотока в весенний период года, снижение объемного кровообращения и скоростных показателей в весенне-летний период.
3. При нарастании уровня дискомфортности (от осени к весне) в приполярном регионе происходит повышение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в волновом спектре ритма. Для летнего периода года характерно нарастание парасимпатической активности на фоне снижения симпатической составляющей в общем спектре регуляции.
4. К зимнему периоду наблюдается повышение объемных и емкостных параметров респираторной системы, происходит напряжение в системе бронхиол, к весне данные процессы усугубляются повышением тонуса гладкой мускулатуры бронхов. В динамике от осени к весне происходит снижение бронхиальной проводимости на фоне повышения возможностей и способностей дыхательной системы при росте энергетической стоимости работы.
5. Зимой у юношей наблюдается увеличение вклада сердечного и сосудистого компонентов в обеспечение приспособительных реакций сердечнососудистой системы. Весной происходит снижение объемных величин, насосной функции сердца и показателей контрактильности миокарда на фоне роста частоты сердечных сокращений. К летнему периоду года вновь наблюдается нарастание вклада сердечного компонента в деятельность сердечно-сосудистой системы.
6. В осенний сезон года внутрисистемные взаимоотношения кардиореспираторной системы характеризуются ведущей ролью центральной гемодинамики. В зимне-весенний период происходит увеличение управляющей роли вегетативной нервной системы при активизации респираторного блока в зимний сезон и гемодинамического - в весенний период года. Максимальная активность мозгового кровотока во внутрисистемных взаимоотношениях зарегистрирована в летний сезон года.
7. Период «биологической полярной ночи» отмечен минимальными значениями энтропии (Е = 1,37 усл. ед.), что указывает на увеличение ценности внутренней энергии организма, активацию его энергетических ресурсов для поддержания гомеостатической стабильности при нарастающем функциональном напряжении. Весной зарегистрированы ее максимальные величины (Е = 1,63 усл. ед.).
8. У молодых людей сохраняется достоверный циркадный и инфрадианный ритм психоэмоционального состояния в течение трех сезонов года с акрофазой околосуточного ритма в дневное время (осень - в 11 часов 57 мин.; весна - 12 часов 52 мин.; лето - 11 часов 52 мин.), а околонедельного — в середине рабочей недели. В зимний сезон наблюдается смещение акрофазы циркадного ритма на утренние часы (07 часов 45 мин.), а инфрадианного - на окончание «социальной» недели.
9. Частота сердечных сокращений в годовой динамике обладает наиболее стабильным циркадным и инфрадианным ритмами с акрофазами в утреннее время (циркадный ритм) и в конце «социальной недели» (инфрадианный ритм). Циркадный ритм систолического артериального давления меняет свою временную структуру в весенний период года, смещая акрофазу на утреннее время, а инфрадианный - в зимний период с акрофазой в начале недели. Акрофаза циркадного ритма диастолического артериального давления зарегистрирована в утреннее время в осенний период года, тогда как в другие сезоны ее максимум зафиксирован в дневное время. Инфрадианный ритм диастолического артериального давления обладает признаками десинхронного состояния в летний период года (акрофаза приходится на понедельник).
10. К весенне-летнему периоду года функциональное напряжение, возникшее в зимний период года, оказывает значительное влияние на физическую работоспособность молодых людей. После нагрузочного тестирования в эти сезоны зарегистрировано увеличение частоты сердечных сокращений, пульсового артериального давления, величин хроноинотропного показателя, двойного произведения, показателя качества реакции, индекса хронотропного резерва и снижение значений диастолического и среднего артериального давления, показателей эффективности кровообращения и коэффициента выносливости. Для временной структуры гемодинамических показателей в данный период характерно увеличение мезора и снижение амплитуды. При изменении сезонного ритмообразования одного из трех гемодинамических показателей (частота сердечных сокращений, систолическое артериальное давление, диастолическое артериальное давление) временная
структура двух оставшихся без изменений величин жестко синхронизируется, как в циркадном, так и в инфрадианном ритмах.
11. Смещение время-фактора оказывает значительное влияние на инфрадианные ритмы организма, вызывая сдвиг акрофаз гемодинамических показателей на начало «социальной» недели, изменяя фазовые характеристики колебательного процесса и вызывая нарушения его синхронизации. В весенний период регистрируются более высокие показатели мезора ЧСС и АД, что указывает на выраженное функциональное напряжение сердечно-сосудистой системы в этот период года относительно осени. Весной реструктуризация ритмов ЧСС и АДц после перевода стрелок происходит на фоне повышения амплитуды (ЧСС на 80 % и АДд на 64 %), что может способствовать более активным процессам ресинхронизации их ритмов.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. В период «биологической полярной ночи» необходимо усилить контроль за световым режимом в аудиториях, спортивных залах, раздевалках с учетом короткого светового дня. Считаем необходимым в условиях приполярного региона в зимний период года сместить начало учебных занятий на более позднее время.
2. В зимний и летний сезоны года для снижения тревожных и агрессивных проявлений у студентов в течение учебного дня следует использовать 5-минутные рекреационные паузы.
3. В приарктическом регионе зачетные нормативы по дисциплине «Физическая культура», требующие значительных силовых усилий, следует перенести с зимней сессии на летнюю.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ
1. Чеснокова В.Н. Особенности адаптивно-компенсаторных реакций дыхательной системы мигрантов и жителей Европейского Севера / В.Н. Чеснокова, Л.А. Мелькова // 8 Всероссийская научно-практическая конференция «Образование в России: медико-психологический аспект». -Калуга, 2003. - С. 321-323.
2. Чеснокова В.Н. Сравнительный анализ личностных особенностей учащихся и студентов младших и старших курсов / В.Н. Чеснокова // 8 Межуниверситетская научно-методическая конференция «Организация и методика учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы»: Материалы международной конференции. 4.2. - Москва, 2004. - С. 42-45.
3. Чеснокова В.Н. Особенности сезонного ритма дыхательной системы у мужчин на Европейском Севере / В.Н. Чеснокова // Международная научно-практическая конференция «Экология человека: концепция факторов риска,
экологической безопасности и управления рисками. - Пенза: РИО ПГСХА, 2004.-С. 158-160.
4. Чеснокова В.Н. Мониторинг здоровья студенческой молодежи как комплексная педагогическая проблема / В.Н. Чеснокова, Ж.Ю. Чайка, И.А. Варенцова, O.A. Голубина // Материалы международной научно-практической конференции «Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - С. 122126.
5. Чеснокова В.Н. Опыт использования ГРВ-биоэлектрографии для оценки адаптации человека к климатогеографическим факторам / В.Н. Чеснокова, И.А. Варенцова, O.A. Голубина // Материалы X международного научного конгресса по ГРВ Биоэлектрографии: Наука. Информация. Сознание. -С.-Петербург, 2006. - С. 43-44.
6. Chesnokova V.N. Peculiarities of a week rhythm of psychological state of students in different seasons of the year / V.N. Chesnokova // Scientific-practical conference «Physical culture and sport as a factor of health and well-being». -Murmansk, 2006. - C. 43-47.
7. Чеснокова B.H. Динамика колебательных процессов в сердечнососудистой системе при сдвиге время-фактора / В.Н. Чеснокова // Материалы Международной научно-практической конференции «Восстановительная медицина, физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке». -Архангельск, 2007. - С. 39-41.
8. Чеснокова В.Н. Изменение волновой структуры психоэмоционального состояния студентов при сдвиге время-фактора / В.Н. Чеснокова // Материалы Международной научно-практической конференции «Восстановительная медицина, физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке». -Архангельск, 2007. - С. 41-43.
9. Чеснокова В.Н. Особенности адаптации сердечно-сосудистой системы у юношей в различные сезоны года на Европейском Севере / В.Н. Чеснокова // Материалы международной научно-практической конференции «Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики». -Орел, 2007. - С. 236-240.
10. Чеснокова В.Н. Хроноструктура психоэмоционального состояния студентов в недельной динамике в различные периоды года / В.Н. Чеснокова // Материалы научно-технической конференции 1111С, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2006 год «Физическая культура и здоровье студентов». - Архангельск, 2007. - С. 29-33.
11. Чеснокова В.Н. Психоэмоциональное состояние студентов в динамике первого семестра / В.Н. Чеснокова, И.А. Варенцова // Материалы научно-технической конференции Ш 1С, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2006 год «Физическая культура и здоровье студентов». - Архангельск, 2007. - С. 34-36.
12. Чеснокова В.Н. Особенности сезонной динамики вегетативного гомеостаза у юношей в условиях Европейского Севера России / В.Н. Чеснокова // Международная научно-практическая конференция «Здоровьесберегающие
технологии в образовательном процессе: проблемы и перспективы». - Пенза, 2007.-С. 191-193.
13. Чеснокова В.Н. Особенности изменения биоэлектрографических показателей и вегетативной регуляции сердечного ритма в динамике сезонов года / В.Н. Чеснокова, И.А. Варенцова, O.A. Голубина // Материалы XI международного научного конгресса по ГРВ Биоэлектрографии: Наука. Информация. Сознание. - С.-Петербург, 2007. - С. 323-324.
14. Чеснокова В.Н. Особенности вегетативного гомеостаза у юношей в динамике сезонов года на Европейском Севере / В.Н. Чеснокова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье, физическое развитие и образование, проблемы и перспективы». - Екатеринбург, 2007. -С. 388-392.
15. Чеснокова В.Н. Изменение некоторых показателей функции внешнего дыхания у юношей в конце учебного года / В.Н. Чеснокова, O.A. Голубина, И.А. Варенцова // Материалы Международной научно-практической конференции «Восстановительная медицина, физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке», посвященной 80-летию со дня рождения профессора Ф.Г. Лапицкого. - Архангельск, 2008. - С. 58-60.
16. Чеснокова В.Н. Особенности недельной цикличности психоэмоционального состояния у юношей в сезонной динамике / В.Н. Чеснокова // Международный Конгресс «Стратегия развития спорта для всех и законодательные основы физической культуры и спорта в странах СНГ». - Кишинев, 2008. - С. 250-255.
17. Чеснокова В.Н. Адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы у юношей с различным типом вегетативного обеспечения /
B.Н. Чеснокова, И.А. Варенцова, A.B. Цинис // Материалы регион, научно-практической конференции, посвященной 60-летию ф-та физической культуры Поморского университета «Современные проблемы и развитие физической культуры и спорта». — Архангельск, 2008. — С. 145—149.
18. Чеснокова В.Н. Особенности недельного ритма показателей сердечнососудистой системы у юношей в различные сезоны года / В.Н. Чеснокова // Научные труды X международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке» «Инновационные технологии в биологии и медицине». - Москва, 2009. -
C. 468-470.
19. Чеснокова В.Н. Сезонное изменение показателей функций внешнего дыхания у юношей северного региона / В.Н. Чеснокова, O.A. Голубина, И.А. Варенцова // Научные труды X международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке» «Инновационные технологии в биологии и медицине». - Москва, 2009. - С. 467—468.
20. Чеснокова В.Н. Изменение респираторных показателей в динамике сезонов года у студентов с разным типом управления сердечным ритмом в условиях северного региона / В.Н. Чеснокова, И.А. Варенцова, O.A. Голубина // Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики: научная монография / Под ред. д-ра пед. наук, профессора B.C. Макеевой. - Орел, 2009. - С. 318-323.
21. Чеснокова В.Н. Сезонные особенности организации системной гемодинамики у юношей северного региона / В.Н. Чеснокова // Вестник Поморского университета (серия «Естественные науки»). - 2009. - № 1. — С.20-27.
22. Чеснокова В.Н. Показатели функции внешнего дыхания у студентов с разным типом гомеостатической организации при начальной адаптации к обучению в вузе / H.A. Варенцова, В.Н. Чеснокова, JI.B. Соколова // Вестник Поморского университета (серия «Естественные науки»). - 2009. -№ 2. - С.32-38.
23. Чеснокова В.Н. Сезонные особенности вегетативной регуляции сердца у юношей призывного возраста в приполярном регионе России /
B.Н. Чеснокова, И.Г. Мосягин // Военно-медицинский журнал. - Т. 330. -
2009.-№2.-С. 40-44.
24. Чеснокова В.Н. Сезонная динамика параметров кардиореспираторной системы у юношей, проживающих на Европейском Севере России / В.Н. Чеснокова, И.Г. Мосягин // Экология человека. - 2009. -№ 8.-С. 7-11.
25. Чеснокова В.Н. Амплитудно-фазовые особенности ритма ЧСС и АД у юношей в сезонной динамике в условиях северного региона / В.Н. Чеснокова // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2010. - № 11. -
C. 20-28.
26. Чеснокова В.Н. Сезонные изменения сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативной регуляции на Европейском Севере / В.Н. Чеснокова, И.Г. Мосягин // Экология человека. - 2010. - № 3. - С. 3S-39.
27. Чеснокова В.Н. Сезонное изменение психоэмоционального состояния студентов в условиях северного региона / В.Н. Чеснокова // Вестник РУДН. - 2010. - №3. - С. 143-147.
28. Чеснокова В.Н. Оценка адаптационных возможностей организма студентов на начальном этапе обучения в вузе по данным донозологических исследований в условиях северного региона / В.Н. Чеснокова, O.A. Голубина, И.А. Варенцова // Ученые записки Орловского государственного университета. — 2010. - № 4 (38). - С. 143-149.
29. Чеснокова В.Н. Сезонные аспекты адаптации юношей на Европейском Севере России: монография. - Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та,
2010.-160 с.
30. Чеснокова В.Н. Структура психоэмоционального состояния студента Севера / В.Н. Чеснокова // Материалы IV международной научно-практической конференции «Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики». — Орел, 2011. — С. 122-131.
31. Чеснокова В.Н. Использование инновационных методов для контроля за психофункциональным состоянием спортсменов / В.Н. Чеснокова // Материалы XV международного научного конгресса по ГРВ Биоэлектрографии: Наука. Информация. Сознание. - С.-Петербург, 2011. - С. 240-244.
32. Чеснокова В.Н. Хроноструктура психоэмоционального состояния студентов при искусственном смещении время-фактора / В.Н. Чеснокова // Материалы IV международной научно-практической конференции «Развитие науки на родине М.В. Ломоносова». - Архангельск, 2011. - С. 241-245.
33. Чеснокова В.Н. Хроноструктура психофункционального состояния студентов при сдвиге время-фактора / В.Н. Чеснокова // Физкультурное образование. - Оренбург. - 2011. -№ 2. - С. 29-35.
34. Чеснокова В.Н. Механизмы сезонного изменения психоэмоционального состояния у студентов / В.Н. Чеснокова // Физкультурное образование. -Оренбург. - 2011.-№3.-С. 58-63.
35. Чеснокова В.Н. Биоритмологические аспекты адаптации человека в приарктическом регионе: монография. - Архангельск: Изд-во Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, 2011. -247 с.
36. Чеснокова В.Н. Сезонные особенности церебральной гемодинамики у юношей северного региона / И.Г. Мосягин, В.Н. Чеснокова // Военно-медицинский журнал. - 2011. - Т. 332. -№ 1. - С. 52-53.
37. Чеснокова В.Н. Сезонные изменения гемодинамических показателей у юношей северного региона / И.Г. Мосягин, В.Н. Чеснокова // Военно-медицинский журнал. - 2011. - Т. 332. - № 2. - С. 46-50.
38. Чеснокова В.Н. Сезонные изменения психофункционального состояния студентов с разным типом вегетативного управления сердечным ритмом / И.А. Варенцова, В.Н. Чеснокова, Соколова Л.В. // Экология человека. - 2011. - № 2. - С. 47-52.
39. Чеснокова В.Н. Хроноструктура недельного ритма показателей гемодинамики у юношей в динамике сезонов года / В.Н. Чеснокова // Вестник Поморского университета (серия «Естественные науки»). - 2011. -№ 2. - С.75-83.
40. Чеснокова В.Н. Сезонные изменения кардиогемодинамики у студентов с различными типами кровообращения в условиях Прииолярья / В.Н. Чеснокова //Вестник Поморского университета (серия «Естественные науки»). - Архангельск. - 2011. - № 4. - С.84-89.
41. Чеснокова В.Н. Биоритмологические особенности психофункционального состояния студентов в течение учебного года / В.Н. Чеснокова, A.B. Грибанов // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 6. URL: wvAV.scicncc-cducation.ru/100-5137.
42. Чеснокова В.Н. Изменения гемодинамики у студентов в условиях северного региона в течение учебного года / В.Н. Чеснокова, A.B. Грибанов // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 1. URL: www.science-education.ru/101-5139.
43. Пушкина В.Н. Сезонные изменения взаимоотношений показателей кардиореспираторной системы у юношей в условиях циркумполярного региона / В.Н. Пушкина, A.B. Грибанов // Экология человека. - 2012. - № 9. - С. 26-31.
Подписано в печать 04.02.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1174.
Издательско-полиграфический центр им. В.Н. Булатова ФГАОУ ВПО САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56
Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Пушкина, Валентина Николаевна, Архангельск
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРНЫЙ (АРКТИЧЕСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ
М.В. ЛОМОНОСОВА»
На правах рукописи
05201350593 ПУШКИНА Валентина Николаевна
ХРОНОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА СТУДЕНТОВ В УСЛОВИЯХ
ПРИПОЛЯРЬЯ
03.03.01 - Физиология
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени доктора биологических наук
Научный консультант: д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ A.B. Грибанов
Архангельск - 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНРШ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ...................4
ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................9
Глава 1. ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПРИПОЛЯРНОГО РЕГИОНА..................................................17
1.1. Климатоэкологические особенности приполярного региона и их влияние на функциональные системы..........................................................................17
1.2. Временная организация функций организма....................................33
Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.............62
Глава 3. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ У ЮНОШЕЙ В УСЛОВИЯХ ПРИПОЛЯРНОГО РЕГИОНА..........................70
3.1. Психоэмоциональное состояние..................................................70
3.2. Вариабельность сердечного ритма................................................80
3.3. Респираторная система...........................................................................91
3.4. Центральная гемодинамика..................................................................108
3.5. Церебральная гемодинамика.....................................................117
3.6. Биоэлектрографические параметры.............................................132
3.7. Взаимоотношение показателей в кардиореспираторной системе.........145
Глава 4. ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ У ЮНОШЕЙ В ДИНАМИКЕ СЕЗОНОВ ГОДА..................................156
4.1. Хроноструктура ритма психоэмоционального состояния..................156
4.2. Хроноструктура ритма функционального состояния.........................174
4.3. Хроноструктура ритма функционального состояния после физической
нагрузки......................................................................................193
Глава 5. ИНФРАДИАННЫЕ РИТМЫ У ЮНОШЕЙ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ СМЕЩЕНИИ ВРЕМЯ-ФАКТОРА...............................210
5.1. Хроноструктура инфрадианного ритма показателей самооценки, динамометрии и быстродействия......................................................210
5.2. Хроноструктура инфрадианного ритма показателей ЧСС и АД.........219
5.3. Хроноструктура инфрадианного ритма показателей ЧСС и АД после
физической нагрузки......................................................................224
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................231
ВЫВОДЫ..................................................................................251
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ..............................................255
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................256
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
А - активность
АДц - диастолическое артериальное давление
АДп - пульсовое артериальное давление
АДс - систолическое артериальное давление
АДср - среднединамическое давление
АЧП - амплитудно-частотный показатель
ВА - вербальная агрессия
ВНС — вегетативная нервная система
ВПР - вегетативный показатель ритма
ВСР - вариабельность сердечного ритма
ДИА - диастолический индекс
ДИК - дикротический индекс
ДО - дыхательный объем
ДОмвл - максимальный дыхательный объем
ДП - двойное произведение
Е - энтропия
Евд - емкость вдоха
ЖЕЛ - жизненная емкость легких
ИВР - индекс вегетативного равновесия
ИГ - индекс Генслера
ИИР — индекс инотропного резерва сердца
ИМРС - индекс минутной работы сердца
ИС - интенсивность свечения
ИТ - индекс Тиффно
ИУРС - индекс ударной работы сердца
ИХР - индекс хронотропного резерва сердца
КА - косвенная агрессия
КВ - коэффициент выносливости
КолФ - количество фрагментов
КоэФ — коэффициент формы
JIT - личностная тревожность
MBJI - максимальная вентиляция легких
МЛЖ - мощность левого желудочка
МОД - минутный объем дыхания
МОК - минутный объем крови
МОС25 -мгновенная объемная скорость на 25 % от ФЖЕЛ МОС50- мгновенная объемная скорость на 50 % от ФЖЕЛ МОС75- мгновенная объемная скорость на 75 % от ФЖЕЛ Н - настроение Н - негативизм
НПл — нормализованная (приведенная) площадь изображения О - обида
ОПСС - общее периферическое сопротивление сосудов ОСИ - общая скорость изгнания
ОФВо,5- объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды
ОФВх - объем форсированного выдоха за первую секунду
ОФВпос - объем форсированного выдоха до достижения пиковой объемной
скорости
П - подозрительность
ПАРС - показатель активности регуляторных систем
ПИ - период изгнания
ПКР - показатель качества реакции
Пл - общая площадь изображения
ПОС - пиковая объемная скорость выдоха
ПЭК - показатель эффективности кровообращения
Р - раздражительность
РВК - радиус вписанного круга
РД - резерв дыхания
РИ - соотношение амплитуды реографической волны в мм с калибровочным сигналом
РОвд - резервный объем вдоха РОвыд - резервный объем выдоха С - длительность сердечного цикла С - самочувствие СИ - сердечный индекс
СКО - среднеквадратичное отклонение радиуса вписанного круга СОС25-75- средняя объемная скорость в диапазоне 25-75 % СОС75.85 - средняя объемная скорость в диапазоне 75-85 % СТ - ситуативная тревожность
Т - время распространения пульсовой волны от сердца до исследуемого участка
ТИ - период изгнания
Тпос - время достижения пиковой объемной скорости Тфжел - время достижения форсированного выдоха УИ - ударный индекс УОК - ударный объем крови ФА - физическая агрессия
ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких
Фр - фрактальность по Мандельброту
ХИП - хроноинотропный показатель
ЦНС - центральная нервная система
ЧВ - чувство вины
ЧДмвл - максимальная частота дыхания ЧДп - частота дыхания в состоянии покоя ЧСС - частота сердечных сокращений ЭКГ - электорокардиограмма
ЭЭГ - электороэнцефалограмма А - амплитуда
А - время подъема анакроты - время максимального систолического
наполнения сосудов
А! - время быстрого кровенаполнения
А2 - время медленного кровенаполнения
А/С - показатель тонуса артерий всех калибров
Ai/A2 - показатель соотношения тонуса артерий крупного, среднего и мелкого калибров
Ах/С - показатель тонуса артерий крупного калибра
А2/С - показатель тонуса артерий среднего и мелкого калибра
АМо - амплитуда моды, число значений интервалов, равных Mo в процентах
к общему числу зарегистрированных кардиоциклов
В - продолжительность катакроты - длительность оттока крови
CCI - значение первого коэффициента корреляции
CV - коэффициент вариации
h - мезор
HF - мощности спектра высокочастотного компонента ВСР
HF% - (High Frequency) мощности спектра высокочастотного компонента
ВСР в процентах от суммарной мощности спектра
HFnor - мощность нормализованного высокочастотного компонента ВСР 1С - (Index Of Centralization) индекс централизации, отражает степень преобладания медленноволновых компонентов ВСР над дыхательными LF - мощности спектра низкочастотного компонента ВСР LF% — (Low Frequency) мощности спектра низкочастотного компонента ВСР в процентах от суммарной мощности спектра
LF/HF — отношение низкочастотной части спектра к высокочастотной LFnor - мощность нормализованного низкочастотного компонента ВСР M - ошибка средней арифметической величины
М - средняя арифметическая величина
Md (25; 75) - медиана со значениями в диапазоне от 25 до 75 перцентилей Мо - наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов
MxDMn - разница наибольшего и наименьшего значений динамического ряда R-R- интервалов, вариационный размах п - число наблюдений
pNN50 - число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс к общему числу кардиоинтервалов в массиве
RMSSD - квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов
RRNN - средняя длительность зубцов RR
SDNN - среднеквадратичное отклонение динамического ряда R-R интервалов
SI - индекс напряжения регуляторных систем (Stress index)
TP - (Total Power) суммарная мощность спектра ВСР
VLF - мощности спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР
VLF% - (Very Low Frequency) мощности спектра сверхнизкочастотного
компонента ВСР в процентах от суммарной мощности спектра
Vm - минутный объем кровотока
Vmax — средняя скорость быстрого кровенаполнения
Vmin - средняя скорость медленного кровенаполнения
Vs - систолический объем кровотока
Ф - акрофаза
%КРД - коэффициент резервных возможностей дыхания в процентах
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В настоящее время хорошо известно, что проживание в полярных и приполярных регионах можно рассматривать как жизнь при дополнительных функциональных нагрузках [39, 238, 528, 625]. При этом климатические условия Севера, такие как холод, резкие колебания атмосферного давления, повышенная влажность, высокая активность гелиокосмических факторов, резкое нарушение фотопериодичности, частые и большие нарушения в ионосфере, возрастающая к Северу напряженность, изменчивость магнитного поля Земли, способствуют развитию адаптивных перестроек многих функциональных систем, формируя качественно новое состояние организма - адаптированность [3, 5, 130, 238, 328, 519, 575, 624, 648].
Прогнозирование состояния организма человека и популяции в целом, управление процессом адаптации требует знания динамики приспособления и многообразных вариантов раскрытия ее механизмов [170, 181, 328, 585]. Известно, что взаимодействие различных функциональных систем организма строится на основе нескольких принципов - иерархии, мультипараметрического и последовательного взаимодействия, системогенеза и системного квантования процессов жизнедеятельности. Принцип иерархии заключается в том, что в каждый данный момент времени деятельности организма определяется доминирующая в плане выживаемости или адаптации к внешней среде функциональная система. Другие функциональные системы обеспечивают деятельность доминирующей функциональной системы или тормозятся [353, 403, 404]. Кроме того, функциональное состояние организма зависит от эффективности механизмов межмолекулярного переноса электронов и путей превращения энергии возбужденных молекул в энергию их продуктов, ценность которой тем выше, чем меньше доля связанной энергии [230, 354].
t
Важную роль в адаптивных перестройках играет система потребления и транспорта кислорода, ответственная за кислородный режим организма, деятельность которой чаще всего становится фактором, лимитирующим развитие приспособительных реакций организма к различным условиям внешней среды [56, 136, 275, 426].
Несмотря на недостаточно изученный механизм адаптивных реакций, можно считать установленными особенности функционирования кардиореспираторной системы у здорового взрослого человека в СевероАрктическом регионе [29, 56, 61, 136, 149, 167, 238, 261, 290, 328, 624]. Вместе с тем до сих пор остается практически не освещенным вопрос о сезонных изменениях показателей функционального состояния системы потребления и транспорта кислорода, об особенностях их взаимоотношений. Кроме того, отсутствуют данные о циркадных и инфрадианных ритмах этих показателей и их изменения в различные сезоны года в приполярных условиях.
Исходя из этого, исследования хронофизиологических изменений у молодых людей, проживающих в приарктическом регионе, являются весьма актуальными, как с теоретических, так и с практических позиций.
Цель исследования: установить особенности хронофизиологических изменений функционального состояния организма молодых людей в условиях приполярного региона.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выявить особенности психоэмоционального состояния, вегетативной регуляции, функционирования центральной и мозговой гемодинамики, изменения респираторных показателей у молодых людей в различные периоды года.
2. Изучить сезонные взаимоотношения показателей кардиореспираторной системы у юношей в условиях циркумполярного региона.
3. Исследовать закономерности энергетических процессов в организме в разных условиях среды в высоких широтах.
4. Определить сезонные закономерности перестройки циркадных и инфрадианных ритмов гемодинамических показателей у студентов в покое и в условиях функциональной нагрузки в приполярном регионе.
5. Выяснить влияние искусственного смещения времени на инфрадианные ритмы гемодинамических показателей в осенний и весенний периоды года в условиях высоких широт.
Концепция работы. Хронофизиологическая диагностика состояния организма в различных экологических условиях является наиболее информативной в оценке и расшифровке физиологических механизмов адаптации и срыва компенсаторно-приспособительных реакций. У жителей приполярного региона сезонные флуктуации со стороны внешней среды сопровождаются функциональной перестройкой кардиореспираторной системы. Для сохранения стабильности внутренней среды организм стремится синхронизировать свои внутренние процессы с внешними, оптимально реагируя на непредвиденные колебания окружающей среды. В первую очередь внешние влияния отражаются на временных структурах организма, перестройка которых влияет на диапазон варьирования функций различных органов и систем. Временные структуры играют роль условного рефлекса, опережающе отражая действительность, заранее способствуя изменениям на органном уровне для успешной адаптации организма к изменениям внешней среды.
Положения, выносимые на защиту. 1. Сезонные флуктуации в приарктическом регионе вызывают внутрисистемные изменения в кардиореспираторной системе, проявляющиеся в смене доминирующей функциональной системы. 2. На начальной стадии адаптивных изменений в период «биологической полярной ночи» происходит снижение энтропии, и как следствие, увеличение доли свободной энергии в организме,
необходимой для сохранения функциональной стабильности. Значительный рост энтропии в весенний период года указывает на выраженное напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов. 3. Рассогласование временной организации в психоэмоциональной сфере отмечено в период «биологической полярной ночи». Вариабельность в циркадных и инфрадианных ритмах гемодинамических показателей наблюдается от осеннего к другим сезонам года. 4. Смещение времени оказывает выраженное влияние на временную структуру инфрадианного ритма и является значимой нагрузкой для организма, как осенью, так и весной, вызывая сдвиг акрофаз гемодинамических показателей на начало учебной недели, изменяя фазовые характеристики колебательного процесса и способствуя нарушению его синхронизации.
Научная новизна исследования. Впервые выявлено, что в осенний период года в приарктическом регионе внутрисистемные взаимоотношения кардиореспираторной системы характеризуются ведущей ролью центральной гемодинамики. Зимой и весной доминирующее влияние наблюдается со стороны вегетативной нервной системы, а летом - отмечена максимальная активность системы мозгового кровотока. В зимне-весенний период года организм молодых людей в естественном состоянии испытывает напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов кардиореспираторной системы, уменьшение их функциональных возможностей, снижение эффективности газообменных процессов. Установлено увеличение уровня личностной и ситуативной тревожности, снижение активности и настроения на фоне повышения агрессивных личностных проявлений в период минимальной (декабрь) и максимальной (июнь) световой активности. На начальной стадии компенсаторно-приспособительных изменений к зимнему периоду года происходит возрастание доли свободной энергии в организме, что дает возможность сохранить адаптивные резервы организма. Значительное возрастание доли связанной энергии к весеннему периоду года
в условиях приполярного региона, о чем свидетельствует рост энтропии, указывает на снижение энергетического потенциала организма. Увеличение амплитуды гемодинамических показателей при минимальных значениях мезора циркадного и инфрадианного ритма указывает на начальную стадию функционального напряжения в организме. Рост мезора и снижение амплитуды при смещении акрофаз гемодинамических показателей циркадных ритмов на раннее утро, а инфрадианных ритмов - на начало недели, свидетельствует о значительном напряжении компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы. В весенний сезон года относительно осени как до, так и после смещения времени наблюдается более выраженный функциональный отклик на экзогенный цикл, что отражается во временных структурах организма ростом мезора и амплитуды.
Теоретическая значимость работы. Полученные результаты исследования, разработанные подходы и методы имеют важное методическое и теоретическое значение для экологической физиологии. Установленные изменения внутриструктурной организации кардиореспираторной системы у юношей при компенсаторно-приспособительных реакциях в различные сезоны года
-
Пушкина, Валентина Николаевна
-
доктора биологических наук
-
Архангельск, 2012
-
ВАК 03.03.01
- Психофизиологические основы работоспособности человека при незавершенной адаптации и вахтовой организации труда
- Характеристика биоритмов гемостаза и структурно-функциональной организации клеточных мембран тромбоцитов у студентов на различных этапах учебной деятельности
- Хронофизиологические особенности адаптивных реакций организма при занятиях циклическими видами спорта
- Хронофизиологические критерии прогнозирования болевых реакций у пациентов на стоматологическом приеме
- Медико-физиологические особенности адаптивных реакций женского организма
