Физиологическая характеристика сезонных реакций дыхательной системы у лиц юношеского возраста в условиях Кольского Заполярья

Щербина, Юлия Федоровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Физиологическая характеристика сезонных реакций дыхательной системы у лиц юношеского возраста в условиях Кольского Заполярья
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиологическая характеристика сезонных реакций дыхательной системы у лиц юношеского возраста в условиях Кольского Заполярья"

На правах рукописи

ЩЕРБИНА Юлия Федоровна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЗОННЫХ РЕАКЦИЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У ЛИЦ ЮНОШЕСКОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО ЗАПОЛЯРЬЯ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

18 АПР ¿013

005057426

Архангельск - 2013

005057426

Работа выполнена в Институте медико-биологических исследований федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель: доктор медицинских наук, доцент

Попова Ольга Николаевна

Официальные оппоненты: Пащенко Владимир Петрович

доктор медицинских наук, профессор, ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет», профессор кафедры нормальной физиологии

Лукманова Наталья Борисовна

кандидат биологических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», заведующая кафедрой теоретических основ физической культуры

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы

народов»

Защита диссертации состоится « М» 2013 года в «/3» ча-

сов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, г. Архангельск, пр. Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Автореферат разослан « £» 013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета — Старцева Лариса Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Территории Крайнего Севера по совокупности климатических характеристик и с учетом общебиологического действия неспецифических и специфических факторов окружающей среды в целом относятся к зоне дискомфортных районов с элементами выраженной экстремальности по ряду параметров (Об основах государственной политики РФ в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностях, 2002; Васильев В.В. и др., 2005; Гаврилова М.К., 2007), которые осложняют труд, быт и отдых проживающих здесь людей (Чащин В.П., Деденко И.И., 1990; Никанов А.Н. и др., 2009; Карначев И.П. и др., 2012; Сюрин С.А. и др. 2012), предъявляя повышенные требования к функциональным системам организма человека (Агаджанян H.A., Петрова Г.П., 1996; Гудков А.Б., Лабутин Н.Ю., 2000; Попова О.Н., 2009; Хаснулин В.И., Хаснулин П.В., 2012).

Природно-климатические факторы Севера оказывают влияние на многие функциональные системы организма человека (Пащенко В.П., 1979; Лукма-нова Н.Б., 2000; Хаснулин В.И. и др., 2009; Holmer I., 1998; Rintamaki H., 1998), но в первую очередь на систему дыхания, поскольку она не может быть защищена от внешних воздействий надежным искусственным барьером. При этом существует мнение о том, что влияние специфических климатических факторов Крайнего Севера, таких как колебания атмосферного давления, факторы электромагнитной природы и изменения фотопериодизма, практически не блокируются социальными и другими мерами защиты (Турчинский В.И., 1976, 1980). Поэтому, несмотря на очевидный и значительный прогресс систем жизнеобеспечения, защищающих от неблагоприятных климатических условий северных территорий, до сих пор одной из самых уязвимых систем организма человека остается дыхательная система, особенно на этапе внешнего дыхания (Грибанов A.B., Данилова Р.И., 1994; Устюжанинова Н.В. и др., 2004; Евдокимов В.Г. и др., 2007; Гришин О.В., Устюжанинова Н.В., 2010; Гудков А.Б., Попова О.Н., 2012).

Функциональные изменения в системе внешнего дыхания у взрослых людей исследовались, как в условиях азиатского Севера (Шишкин Г.С.,1981, 1992, 1995; Никольская О.Э. и др., 1998; Гультяева В.В. и др., 2001; Бартош О.П., Соколов А.Я., 2004,2006; Гришин О.В., Устюжанинова Н.В., 2006; Гришин О.В., 2011; Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.В., 2012), так и в условиях Европейского Севера (Рощевский М.П. и др., 1994; Евдокимов В.Г., 2004; Варламова Н.Г. и др., 2006, 2008; Попова О.Н., 2009; Чеснокова В.Н., Мо-сягин И.Г., 2009). Проведенные исследования позволили выявить характер компенсаторно-приспособительных реакций респираторной системы, направленных на уравновешивание с внешней средой. Вместе с тем, исследо-

вания по изучению внешнего дыхания у взрослых жителей Крайнего Севера немногочисленны (Неверова Н.П., Кононов A.C., 1970; Ким Л.Б. и др. 1981; Бартош О.П. и др. 2002; Величковский Б.Т., 2005), а сведения об особенностях системы внешнего дыхания у них в контрастные сезоны года представлены единичными исследованиями (Кононов A.C., 1972). Поэтому в рамках северной биологии и медицины представляется актуальным изучение адаптивного поведения системы органов дыхания у жителей этих территорий, как с теоретической, так и с практической точки зрения. Все перечисленное выше и побудило провести настоящее исследование.

Цель и задачи исследования. Цель работы - установить особенности системы внешнего дыхания у молодых лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера, в контрастные сезоны года.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать статические легочные объемы и емкости у юношей и девушек, жителей г. Мурманска в периоды полярного дня и полярной ночи.

2. Изучить динамические легочные объемы в контрастные сезоны года у обследованного контингента.

3. Оценить эффективность вентиляции и резервные возможности дыхательной системы у юношей и девушек в контрастные сезоны года.

4. Проанализировать показатели проходимости воздухоносных путей у обследованных лиц в периоды полярного дня и полярной ночи.

Научная новизна. Впервые установлены особенности функционального состояния системы внешнего дыхания у юношей и девушек, жителей Крайнего Севера, в контрастные сезоны световой апериодичности. Показано, что в период полярной ночи, по сравнению с полярным днем увеличиваются величины ЖЕЛ, как у юношей, так и девушек, а также ДО у девушек, изменяется структура ЖЕЛ. Установлено, что в период полярной ночи наблюдается более напряженная работа аппарата внешнего дыхания, резервные возможности дыхательной системы уменьшаются, особенно у девушек. Выявлено, что в полярную ночь, по сравнению с полярным днем происходит возрастание проходимости потока воздуха на уровне крупных и средних бронхов, причем такие изменения более выражены у девушек, чем у юношей.

Теоретическая и практическая значимость. Выявленные особенности системы внешнего дыхания у молодых лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера, в контрастные сезоны световой апериодичности позволяют охарактеризовать компенсаторно-приспособительные реакции, протекающие у северян под влиянием природно-климатических факторов, дополняя этим научные сведения в рамках экологической физиологии дыхания.

Полученные результаты могут быть использованы для составления базы данных, для дальнейших исследований по изучению сезонных изменений в дыхательной системе у жителей Крайнего Севера.

Материалы исследования используются в учебном процессе на кафедре гигиены и медицинской экологии ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития РФ (акт внедрения от 19.09.2012), в преподавании дисциплины «Нормальная физиология» и для обучения аспирантов очно-заочной формы обучения в ГБОУ ВПО Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Ханты-Мансийская государственная медицинская академия» (акт внедрения от 25.09.2012), в преподавании дисциплины «Нормальная физиология» в ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа — Югры» (акт внедрения от 01.10.2012), в преподавании дисциплин «Экологическая безопасность жизненной среды», «Физиология висцеральных систем», «Экология человека» экспериментальной базовой кафедры экологической физиологи и биохимии, а также при обучении аспирантов по специальности «Физиология» в системе последипломного образования ФГБУН «Институт физиологии природных адаптаций» УрО РАН, (акт внедрения от 25.10.12), а также для сравнительной оценки получаемых собственных материалов научных работ в ФБУН «Северо-западный научный центр гигиены и общественного здоровья» (акт внедрения от 24.10.12).

Основные положения выносимые на защиту. 1. В период полярной ночи по сравнению с полярным днем наблюдаются выраженные изменения в системе внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера, которые проявляются усилением вентиляции в покое, снижением резервных возможностей, изменением статических легочных объемов и структуры ЖЕЛ, возрастанием проходимости крупных и средних бронхов. 2. В период полярной ночи изменяется характер взаимосвязей между структурными показателями ЖЕЛ, а также между скоростными показателями форсированного выдоха. 3. У девушек изменения со стороны системы внешнего дыхания в контрастные сезоны года более выражены, чем у юношей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения» (г.Архангельск, 8 февраля 2012 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Социально- гуманитарное знание: история и современность» (г. Мурманск, 14-15 мая 2012 г.), V Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов, посвя-

щенной 80-летию Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск, 16-17 мая 2012 г.), 3-й региональной научно-практической конференции, посвященной 50-летию зимних Беломорских игр «Физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке» (г. Архангельск, 27 апреля 2012 г.), итоговой научной сессии Северного государственного медицинского университета и северного научного центра северо-западного отделения РАМН «Северная медицинская школа: к 80-летию АГМИ-АГМА-СГМУ (г. Архангельск, 15 ноября 2012 г.), VIII научно-практической конференции «Медицинское обеспечение сил флота в условиях Кольского Заполярья» (г. Северодвинск, 15-16 ноября 2012г.), расширенном заседании Ученого Совета Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова (25 декабря 2013 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Работа проиллюстрирована 14 таблицами и 11 рисунками. Список литературы включает 243 отечественных и 65 зарубежных публикаций.

ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование функции внешнего дыхания было проведено у практически здоровых юношей и девушек, родившихся и проживающих на Крайнем Севере в городе Мурманске (68°59' с.ш., 33°5' в.д.). Обследовались одни и те же лица в декабре - январе (полярная ночь) и в мае - июне (полярный день). Всего обследовано 79 человек: 40 юношей (средний возраст 20,2 (19,6; 20,7) лет) и 39 девушек (средний возраст 19,5 (19,1; 19,8) лет), проведено 474 различных исследований, проанализировано более 4700 показателей.

Непосредственно до начала исследования осуществлялось измерение длины и массы тела. Для исследования состояния дыхательной системы был использован спирограф микропроцессорный портативный СМП-2/01-«РД». При помощи спирографии оценивались легочные объемы и емкости: дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха (РОвд), резервный объем выдоха (РОвыд), жизненная емкость легких (ЖЕЛ), емкость вдоха (Евд); показатели легочной вентиляции: частота дыхания (ЧД), минутный объем дыхания (МОД), максимальная вентиляция легких (МВЛ); показатели проходимости дыхательных путей: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за первые 0,5 и одну секунды ФЖЕЛ (ОФВ0 5, ОФВ,), пиковая объемная скорость в пробе форсированной жизненной емкости (ПОС), максимальная объемная скорость при выдохе 25%, 50% и 75% форсированной жизненной емкости легких (МОС25, МОС50, МОС75 соот-

ветственно), средняя объемная скорость на уровне 25-75% форсированной жизненной емкости легких (СОС25 ?5), время пиковой объемной скорости (ТПОС), время форсированной жизненной емкости легких (ТФЖЕЛ), объем форсированного выдоха с пиковой объемной скоростью (ОФВПОС), отношение объема форсированного выдоха с пиковой объемной скоростью к форсированной жизненной емкости легких (ОФВПОС/ФЖЕЛ).

Важное значение имеют не только абсолютные величины РОвд, РОвыд и ДО, но и их относительные величины. В связи с этим были определены у обследованных лиц отношение РОвд, РОвыд и ДО к ЖЕЛ. Дополнительно был рассчитан индекс Генслера (ИГ) (Анохин М.И., 2012). Поскольку вдыхаемый воздух не весь доходит до альвеол, около 33 % его не участвует в газообмене и составляет объем мертвого пространства, большое значение имеет величина минутной альвеолярной вентиляции (MAB), которая была рассчитана по формуле, предложенной П.В. Стручковым с соавт. (1996). Кроме MAB определяли величину эффективности вентиляции (ЭВ) по формуле Ю.И. Иванова, О.Н. Погорелкж (1990). Для оценки функциональных резервов дыхательной системы был определен резерв дыхания (РД) и относительный резерв дыхания (РД%).

Анализ полученных результатов исследования проводился с помощью статистического пакета SPSS 15.0 (Бююль А., Цефель П., 2005). Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась при помощи теста Шапиро-Уилк (п<50). В случае нормального распределения переменных применялись параметрические методы (Т-Стьюдента) для зависимых выборок, при ненормальном - непараметрические (Вилкоксона). Результаты непараметрических методов обработки данных представлялись в виде медианы (Md), первого квартиля (Q^ и третьего квартиля (Q3), параметрических - среднего значения (М) и стандартного отклонения (s). С целью статистического изучения связи между явлениями применялся коэффициент ранговой корреляции Спирмена, значимость различий между динамикой показателей и половой принадлежностью оценивалась с помощью х2-Пирсона. При использовании коэффициента ранговой корреляции оценивали тесноту связей между признаками, считая значения коэффициента от 0,01 до 0,29 показателями слабой тесноты связи; значения от 0,3 до 0,69 - показателями средней тесноты связи, а значения от 0,7 до 0,99 - показателями сильной тесноты связи. Критический уровень значимости (р) для всех проверяемых статистических гипотез принимался равным 0,05.

Обследование контингентов проводилось с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609 ЕС).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Статистическая обработка полученных результатов показала, что у здоровых уроженцев Крайнего Севера в системе внешнего дыхания происходят сезонные функциональные перестройки. Так, установлена зависимость показателей легочных объемов и емкостей от сезонов года (табл.1).

Таблица 1

Показатели легочных объемов и емкостей в контрастные сезоны года у жителей Крайнего Севера

п=79 (М=40; Ж=39)

Показатели Пол Период обследования р-уровень

Полярный день Полярная ночь

ЖЕЛ, л М2 Ж1 3,91±1,04 2,52 (2,15; 3,07) 4,49+1,17 3,10(2,67; 3,36) 0,001 0,04

РОвд, л М1,2 Ж2 2,15(1,39; 2,54) 1,48+0,70 2,4+1,06 1,55+0,58 0,063 0,664

РОвыд, л м2 ж2 1,64+1,15 1,05±0,56 1,68+1,10 1,35±0,70 0,823 0,063

ДО, л ж1 0,83 (0,67; 1,00) 0,56 (0,47; 0,68) 0,93±0,33 0,70 (0,53; 0,84) 0,224 0,008

Евд, л м2 ж2 2,27+0,91 1,64+0,79 2,75+1,13 1,70+0,57 0,012 0,698

Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (МсКС^-Су); 2- параметрическим критерием Т-Стьюдента, (М+в).

Величина ЖЕЛ в полярную ночь превышает значение ЖЕЛ в полярный день на 14,8% (р=0,001) и на 23,0% (р=0,04) соответственно у юношей и у девушек. Так как диффузионная способность легких пропорциональна их емкости (Баранов В.Л. и др., 2002), то величина ЖЕЛ является показателем, отражающем функциональные возможности системы внешнего дыхания в целом. Кроме этого величина ЖЕЛ косвенно указывает на максимальную площадь дыхательной поверхности легких, обеспечивающей газообмен, и характеризует аэробные возможности системы внешнего дыхания. В связи с этим, можно заключить, что у жителей Крайнего Севера за счет увеличенной ЖЕЛ в период полярной ночи создаются условия для более эффективного приспособления легочной вентиляции к удовлетворению повышенных метаболических потребностей организма в холодный период года. Помимо газообменной функции легкие осуществляют и кондиционирование возду-

xa, поступающего в дыхательные пути. По мнению Н.Г.Варламовой с соавт. (2008), увеличение ЖЕЛ у северян является адаптивной реакцией, позволяющей улучшить параметры кондиционирования воздуха. Поэтому увеличение ЖЕЛ у жителей Крайнего Севера в период полярной ночи является целесообразной компенсаторно-приспособительной реакцией организма, направленной на обеспечение, как усиленного метаболизма, так и на согревание и увлажнение вдыхаемого воздуха.

Одним из самых демонстративных показателей системы внешнего дыхания является величина ДО (Давидовская Е.И. и др., 2005). В результате проведенных исследований установлено, что в период полярной ночи у жителей Крайнего Севера величина ДО выше, чем в период полярного дня. Так, у юношей в полярную ночь ДО увеличивается на 12% (р=0,224), а у девушек — на 25% (р=0,008) по сравнению с периодом полярного дня. Известно, что глубина дыхания влияет на объем альвеолярного мертвого пространства (Шейд П., 2004) и при глубоком дыхании эффективность легочной вентиляции повышается. Поэтому, превышение величин ДО в период полярной ночи по сравнению с полярным днем у лиц, проживающих в суровых условиях Крайнего Севера, вероятно, способствует увеличению количества функционирующих альвеол.

Величина Евд у жителей Крайнего Севера также имеет сезонные колебания. В период полярной ночи она выше, чем в период полярного дня, как у юношей, так и девушек. Известно, что Евд является первой составляющей ЖЕЛ и показывает анатомический предел увеличения ДО при усилении вентиляции. Поэтому в период полярной ночи по сравнению с полярным днем предельные возможности увеличения ДО у жителей Крайнего Севера возрастают, особенно у юношей.

При фракционном анализе ЖЕЛ, привлекает внимание то, что у юношей и девушек, проживающих в условиях Крайнего Севера, в период полярной ночи наблюдается значительное повышение величин РОвд и РОвыд. Так, величина РОвд в полярную ночь превышает значения полярного дня у юношей на 11,6% у девушек - на 4,7%, а величина РОвыд соответственно на 12,4% и 28,6%. Таким образом, РОвыд изменяется в большей степени, чем РОвд, особенно у девушек. В настоящее время общепризнанно, что величина РОвыд, которая участвует в формировании функциональной остаточной емкости легких, более важна для стабилизации дыхания, чем значение РОвд (Пе-трунев С.А., 1987; Шишкин Г.С. и др., 2005). Связано это с тем, что РОвыд играет важную роль в механизмах регуляции и накопления метаболического С02, поскольку в функциональном отношении резервный объем выдоха представляет собой буферную емкость проводящих воздухоносных путей, снижающую возможность беспрепятственного выделения метаболического

С02 через легкие наружу (Агаджанян H.A. и др., 2001). Поэтому у жителей Крайнего Севера в период полярной ночи в респираторной системе появляются реакции в виде увеличения резервного объема выдоха, направленные на стабилизацию дыхания. Кроме этого физиологический смысл повышения резервных объемов вдоха и выдоха в период полярной ночи у жителей Крайнего Севера заключается в том, что в этом случае имеется большая потенциальная возможность значительного увеличения легочной вентиляции, за счет использования этих объемов как в покое, так и при физической нагрузке, а значит, повышения поступления кислорода в легкие и выделения углекислого газа из организма в холодный период года.

В контрастные сезоны года у обследованных юношей и девушек, жителей г. Мурманска, изменяются не только значения фракционных показателей ЖЕЛ, но и характер связей между ними (табл.2).

Таблица 2

Корреляционные взаимосвязи между величинами ЖЕЛ, резервными объемами вдоха и выдоха у жителей Крайнего Севера в контрастные сезоны года

Взаимосвязь Полярный день Полярная ночь

М Ж М Ж

ЖЕЛ-РОвд г 0,119 0,417 0,413 0,180

р 0,466 0,008 0,008 0,273

ЖЕЛ-РОвыд г s 0,678 0,196 0,598 0,430

Р <0,001 0,231 <0,001 0,006

РОвд - РОвыд г - 0,554 - 0,590 -0,311 - 0,694

Р < 0,001 < 0,001 0,051 <0,001

В период полярного дня обнаруживается достоверная, средней тесноты связь между величинами ЖЕЛ и РОвыд у юношей, а также между ЖЕЛ и РОвд у девушек. В полярную ночь у девушек связь между ЖЕЛ и РОвд ослабевает, становится статистически незначимой, но появляется достоверная связь, средней тесноты, между ЖЕЛ и РОвыд, что не наблюдалось в период полярного дня. Появление этой новой связи имеет важный функциональный смысл, поскольку указывает на возрастание роли резервного объема выдоха для обеспечения функционирования организма в полярную ночь. Связано это с тем, что увеличение РОвыд косвенно указывает на повышение воздушности тех легочных ацинусов, которые продолжают функционировать. При повышении воздушности, в результате растяжения межальвеолярных перегородок, происходит увеличение площади респираторной поверхности и

уменьшение толщины альвеолярно-капиллярной мембраны, т.е. увеличение диффузионной способности легких (\Veibel Е.Я.. 2000). У юношей характер взаимосвязи между ЖЕЛ и РОвыд в полярную ночь по сравнению с полярным днем практически не изменился. Однако у них появилась достоверная связь средней тесноты между ЖЕЛ и РОвд, что указывает на некоторые функциональные напряжения в деятельности системы внешнего дыхания в период полярной ночи. Обратные взаимосвязи средней тесноты между РОвд и РОвыд стабильно регистрируются и практически не изменяются в контрастные сезоны года как у юношей, так и у девушек.

Расчет процентного отношения ДО к ЖЕЛ в контрастные сезоны года показал, что жители Крайнего Севера при дыхании в состоянии покоя используют более 20% абсолютной величины ЖЕЛ, следовательно, менее 80% ЖЕЛ у них находится в резерве. Так, у юношей отношение ДО к ЖЕЛ составляет в период полярного дня 21,2%, в период полярной ночи-20,7%, а у девушек - 22,2% и 22,6% соответственно (рисунок).

Яш! &-S5SS ifi шш шм Я Я |58,7.| llii рш i53,Щ ЩШ ■ ill iWivAVi Ш ЩШ ш! лр^ткххх mm ШМ •Шйй шш 130,54 ЩШ шщ i;31,8j iflf ii§i щ щш ¡щ| —.

щш i§ §Ш ttlffs 16,5 21 в

iiS-Si щм. !

21,2 22,2 20,7 22,6 ЁЙЭ 14,1 13,2

риШ 1Й — •г"""" ¡41,71 ттф |37,4| ¡43,51 ШуР Щтт $51,б! ц |50,'3| vVffif • 35.6 ■ i

1 2 1 2 1 2 1 2

1 II III IV

0 РОвыд ПДО ЕРОвд

Структура ЖЕЛ по данным разных авторов Примечание. 1 - мужчины; 2 - женщины

I - собственные данные (полярный день);

II - собственные данные (полярная ночь);

III - данные Н.Г.Варламовой (2008), Н.Г.Варламовой, В.Г. Евдокимова (2006);

IV-данные О.Н. Поповой (2009)

Полученные величины несколько больше данных приведенных Н.Г.Варламовой с соавт. (2008), которые установили, что у молодых мужчин 18 - 22 лет, проживающих в Республике Коми, величина ДО в годовом цикле колеблется от 15,1 до 16,5% ЖЕЛ, а у женщин в возрасте 20 - 29 лет составила 21% от ЖЕЛ (Варламова Н.Г., Евдокимов В.Г., 2006). Исследованиями О.Н.Поповой (2009) установлено, что молодые мужчины, уроженцы Архангельской области, в возрасте 19,8+1,44 года и женщины в возрасте 19,7+1,54 года используют в состоянии покоя соответственно 14,1 и 13,2% от абсолютной величины ЖЕЛ.

Величина РОвд у юношей и девушек, жителей Крайнего Севера составила более 50% ЖЕЛ, причем она несколько уменьшается в период полярной ночи, по сравнению с полярным днем. Такие величины больше значений, указанных для жителей Республики Коми: 30,5% для молодых мужчин (Варламова Н.Г. и др., 2008) и 31,8% для женщин (Варламова Н.Г., Евдокимов В.Г., 2006), а также для уроженцев Архангельской области: 44,0% для мужчин и 46,5% для женщин (Попова О.Н., 2009).

Резервный объем выдоха у обследованных юношей и девушек, жителей Крайнего Севера, находился в диапазоне 37 - 44% ЖЕЛ. Полученные величины несколько меньше данных приведенных для жителей Республики Коми: у мужчин в годовом цикле от 40,9 до 51,6% ЖЕЛ (Варламова Н.Г. и др., 2008) и у женщин 20 - 29 лет - 53,3% от ЖЕЛ (Варламова Н.Г., Евдокимов В.Г., 2006). По данным О.Н.Поповой (2008) величина РОвыд составляет 40,4% от ЖЕЛ у мужчин и 35,6% у женщин.

Традиционно в литературе проблема резервов обсуждается в связи с вентиляционной функцией легких, которая оценивается, в том числе и по отношению ДО к ЖЕЛ (Бреслав И.С., Ноздрачев А.Д., 2005). Поэтому можно заключить, что жители Крайнего Севера, по сравнению с уроженцами Европейского Севера, в большей степени используют резервы дыхания в состоянии покоя. Вероятно, это обусловлено более жесткими природно-климатическими условиями Крайнего Севера.

Наиболее ярко отражает функциональные особенности аппарата внешнего дыхания такой показатель легочной вентиляции, как величина МОД (Гришин О.В. и др., 2004). У жителей Крайнего Севера установлено статистически значимое повышение МОД как у юношей (р<0,001), так и у девушек (р=0,042) в период полярной ночи по сравнению с периодом полярного дня (табл. 3).

Причем, величина МОД в период полярной ночи превышает значения МОД в полярный день на 30,1% (р=0,001) у юношей и на 13,0% (р=0,042) у девушек. Увеличение МОД в период полярной ночи статистически значимо (р=0,021; х2=5,296) чаще встречалось у девушек по сравнению с юношами.

Таблица 3

Показатели динамических легочных объемов у жителей Крайнего Севера в контрастные сезоны года

п=79 (М=40; Ж=39)

Показатели Пол Период обследования р-уровень

Полярный день Полярная ночь

МОД, л/мин М1 Ж1 9,84(8,64; 13,9) 8,23 (6,83; 10,03) 12,8(11,2; 18,3) 9,3 (8,4; 13,9) 0,001 0,042

ЧД, кол/мин М2 Ж1 14,8±4,5 15,0(12,0; 20,0) 16,5±4,7 16,0 (12,0; 21,0) 0,012 0,757

МВД, л/мин М1'2 Ж2 100,9(52,1; 135,0) 81,0 (57,6; 96,0) 107,4+3,79 73,0 (45,8; 102,8) 0,383 0,535

Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Мё(0,-Р3)); 2- параметрическим критерием Т-Стыодента, (М±э).

Усиление вентиляции в период полярной ночи у жителей Крайнего Севера является важным приспособительным механизмом внешнего дыхания в ответ на повышенную потребность организма в кислороде, направленную на обеспечение усиленного тканевого метаболизма при повышенных энергозатратах. Однако, необходимо подчеркнуть, что усиление вентиляции завышает энергетическую стоимость дыхательного акта.Характерной особенностью усиления вентиляции у жителей Крайнего Севера в период полярной ночи является то, что она преимущественно обусловлена значительным увеличением ДО при незначительном увеличение ЧД. Можно предположить, что в экстремальных условиях Крайнего Севера более рациональным следует считать увеличение МОД за счет большего повышения ДО, чем ЧД. Такой механизм обеспечения необходимого уровня легочной вентиляции для организма будет являться менее энергозатратным и более эффективным для реализации оптимального сочетания повышенного газообмена с минимизацией энергозатрат (Гудков А.Б., Попова О.Н., 2012). Кроме этого по данным R.H. Brown и W.Mitzner (2001), углубление дыхания вызывает дилатацию бронхов и бронхиальная проходимость при этом увеличивается, что также является компенсаторно-приспособительной реакцией внешнего дыхания в период полярной ночи у жителей Крайнего Севера.

Помимо необходимости обеспечения повышенного метаболизма в литературе обсуждаются и другие причины увеличения вентиляции в состоянии покоя у северян (Величковский Б.Т., 2005, 2006, 2010). Так, предполагается, что в морфологической структуре респираторных отделов легких у жителей Севера имеются какие-то изменения. Морфологической основой дан-

нога функционального сдвига может быть умеренный интерстициальный отек межальвеолярных перегородок, который у северян был подтвержден электронно-микроскопически А.П. Авцыным, А.П. Миловановым (1985).

Предельные способности системы внешнего дыхания можно определить при изучении МВЛ. Анализ полученных результатов показал, что величина МВЛ у жителей Крайнего Севера в контрастные сезоны года не имела статистически значимых различий как у юношей, так и у девушек, что указывает на достаточно стабильный уровень предельных способностей аппарата внешнего дыхания у них.

В оценке функционального состояния дыхательной системы, наряду с МОД, ДО и МВЛ, большое значение имеет определение резерва дыхания (РД). При сравнительном анализе оказалось, что полученные показатели резерва дыхания у жителей Крайнего Севера в полярную ночь были несколько ниже, чем в период полярного дня (табл. 4).

Таблица 4

Показатели резервных возможностей и эффективности вентиляции у юношей и девушек, жителей Крайнего Севера, в различные сезоны световой апериодичности

п=79 (М=40; Ж=39)

Показатели Пол Период обследования р-уровень

Полярный день Полярная ночь

РД, л/мин М1'2 Ж1 91,4 (40,6; 126,3) 69,6 (52,4; 83,6) 90,1+39,9 63,4 (35,6; 90,3) 0,798 0,295

Относительный РД, % м1 ж1 89,1 (76,1; 92,5) 89,0 (82,6; 92,0) 87,0 (81,1; 90,2) 86,0 (73,5; 90,5) 0,968 0,029

MAB, л/мин м1 ж1 8,36(6,94; 13,2) 6,30 (4,60; 7,60) 11,8 (9,32; 15,5) 7,56(5,95; 11,4) <0,001 0,026

ЭВ, % м1 ж1 81,3 (76,7; 84,5) 74,1 (69,1; 78,7) 82,7 (78,6; 86,5) 79,6 (73,3; 84,3) 0,076 0,015

Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Мад,^ ));

2 - параметрическим критерием Т-Стьюдента, (М+э).

В период полярной ночи снижение резерва дыхания достигает почти 10% и в большей степени это происходит у девушек, чем у юношей.

Известно, что, несмотря на, несомненно большую значимость МОД в общем комплексе оценки состояния внешнего дыхания, необходимо учитывать, что эта величина не является абсолютным показателем эффективности альвеолярной вентиляции. В связи с этим у обследованных жителей Крайнего

Севера была определена величина минутной MAB, показывающая реальное количество провентилированного воздуха, дошедшего до альвеол и участвующего в газообмене. При анализе полученных результатов выявлено, что в период полярной ночи величины MAB значительно и статистически значимо превышают показатели MAB в полярный день как у юношей, так и у девушек. Однако, величина эффективности вентиляции (ЭВ) при этом возросла незначительно, что может косвенно указывать на меньшую эффективность альвеолярной вентиляции у жителей Крайнего Севера в период полярной ночи, по сравнению с периодом полярного дня. Можно предположить, что этот факт косвенно указывает на существование у жителей Крайнего Севера функционального механизма, затрудняющего газообмен на уровне альвеол, особенно в период полярной ночи.

Традиционно при оценке результатов спирографии особое внимание уделяется анализу (ФЖЕЛ), так как она является одной из основных проб, отражающей состояние проходимости воздухоносных путей (Анохин М.И., 2012; Blanch L. et al., 2005). Величина ФЖЕЛ в период полярной ночи увеличилась у юношей на 9,5% (р=0,002), а у девушек - на 4,0% (р=0,088), величина ИГ в период полярной ночи превышала значение в полярный день на 2,9% у юношей (р=0,027) и на 4,2% у девушек (р=0,010). Величины ОФВ0 5 и ОФВ, в период полярной ночи по сравнению с полярным днем также возросли, как у юношей, так и у девушек: ОФВ05 соответственно на 23,2% (р<0,001) и 18,4% (р=0,010) и ОФВ, на 12,2% (р<0,001) и 11,2% (р=0,005) соответственно. В связи с тем, что величины ФЖЕЛ, ОФВ05, ОФВ, и ИГ в период полярной ночи, по сравнению с полярным днем возросли, можно предположить что в этот сезон года происходит расширение крупных бронхов. Возможно, причиной этого явления служит холодовой фактор, поскольку исследованиями А.Б.Гудкова, О.Н.Поповой (2012) выявлена реакция расширения крупных бронхов при дыхании воздухом отрицательной температуры в реальных климатических условиях Европейского Севера.

Для определения состояния средних и мелких бронхиол у обследованных жителей Крайнего Севера были проанализированы скоростные, временные и расчетные показатели на различных участках форсированной жизненной емкости легких. Величина ПОС, которая все таки в большей степени зависит от проходимости средних бронхов, в период полярной ночи увеличилась у юношей на 10% (р=0,009), а у девушек - на 18,3% (р<0,001). Показатели МОС25, МОС50 и СОС25 75, характеризующие проходимость бронхов среднего размера также возросли. Увеличение их составило от 3,8 до 14,9%, однако статистически значимо только у девушек. Величина МОС75, характеризующая проходимость бронхов мелкого калибра, статистически значимо не изменилась ни у юношей, ни у девушек.

Полученные результаты указывают на то, что в период полярной ночи происходит расширение бронхов крупного и среднего калибров, причем, такие изменения возникают в большей степени у девушек. Можно предположить, что расширение бронхов, с одной стороны, является полезной компенсаторно-приспособительной реакцией, направленной на минимизацию энергозатрат по обеспечению усиленной работы аппарата внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера в период полярной ночи. Но в условиях воздействия низких температур, характерных для Крайнего Севера зимой, такая реакция бронхов имеет, с другой стороны, относительную полезность, связанную с потенциальной опасностью холодового поражения дыхательной системы.

На увеличение проходимости бронхов крупного и среднего калибров в период полярной ночи у жителей Крайнего Севера указывают также временные и расчетные показатели пробы с форсированным выдохом. Так, величины ТПОС в период полярной ночи уменьшилась у юношей на 15,4% (р=0,012), а у девушек - на 22,2% (р=0,652) по сравнению с полярным днем, а ТФЖЕЛ - на 8,2% (р=0,077) и 13,9% (р=0,037) соответственно.

Во время полярного дня и полярной ночи у обследованных юношей и девушек, жителей Крайнего Севера изменяются не только скоростные показатели форсированного выдоха, но и характер их взаимосвязей.

В период полярного дня обнаруживается сильной тесноты достоверная связь между величиной ПОС и МОС25 как у юношей, так и у девушек, а также достоверная средней тесноты связь между ПОС и МОС75, МОС25 и МОС75 у девушек. В период полярной ночи связи между этими показателями у девушек ослабевают и становятся статистически не значимыми. Полученные результаты косвенно указывают на то, что в период полярной ночи по сравнению с полярным днем большие изменения происходят в крупных и средних бронхах. У юношей, указанные выше взаимосвязи в полярную ночь, по сравнению с полярным днем, практически не изменились.

Полученные результаты исследования статических и динамических легочных объемов и емкостей, а также проходимости бронхов указывают на то, что в период полярной ночи, наряду с целесообразными компенсаторно-приспособительными реакциями системы внешнего дыхания, направленными на уравновешивание с внешней средой, имеются элементы скрытых функциональных нарушений. Такие скрытые функциональные нарушения могут являться факторами пульмонологического риска для жителей Крайнего Севера в период полярной ночи.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований в контрастные сезоны года и световой апериодичности у лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера, установлены характерные особенности в деятельности системы внешнего дыхания в периоды полярного дня и полярной ночи.

2. В период полярной ночи по сравнению с полярным днем возрастают величины ЖЕЛ у юношей на 14,8% (р=0,001) и на 23,0% у девушек (р=0,04), а также ДО на 25,0% (р=0,012) у девушек. Наблюдается тенденция к увеличению РОвд, РОвыд, как у юношей, так и у девушек, изменяется структура ЖЕЛ и характер взаимосвязей ее составляющих, указывающих на усиление роли РОвыд.

3. Во время полярной ночи наблюдается усиление легочной вентиляции: величина МОД превышает значения МОД в полярный день на 30,1% (р=0,001) у юношей и на 13,0% (р=0,042) у девушек, однако эффективность вентиляции возрастает незначительно (на 1,7 и 7,4% соответственно). Увеличение МОД статистически значимо встречается чаще у девушек по сравнению с юношами (р=0,021; х2=5,296).

4. Резервные возможности дыхательной системы в период полярной ночи по сравнению с полярным днем уменьшаются: у юношей на 1,4% (1,3 л/мин), а у девушек - на 8,9% (6,2 л/мин).

5. В период полярной ночи по сравнению с полярным днем происходит статистически значимое увеличение проходимости крупных и средних бронхов, которое более выражено у девушек, чем у юношей.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Особенности показателей состояния системы внешнего дыхания в контрастные сезоны года у лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера, необходимо учитывать при спирографических исследованиях в кабинетах функциональной диагностики при оценке полученных фактических результатов в динамике наблюдений.

2. Данные о сезонных изменениях системы внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера должны быть включены в программу обучения в педагогических и медицинских ВУЗах, а также должны быть включены в учебные программы по переподготовке и повышению квалификации специалистов на факультетах последипломного образования.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Щербина Ю.Ф. Динамика показателей внешнего дыхания у юношей, уроженцев г. Мурманска в полярный день и полярную ночь / Ю.Ф. Щербина, О.Н. Попова, А.Ф. Щербина // Матер, всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием «Социально-гуманитарное знание: история и современность». - Мурманск, МГТУ, 2012. - С.35-38.

2. Попова О.Н. Клнматогеофизическая характеристика Кольского Заполярья / О.Н. Попова, Ю.Ф. Щербина // Экология человека. - 2012. — №5.-С. 3-7.

3. Щербина Ю.Ф. Характеристика резервных возможностей и эффективности вентиляции легких у жителей Крайнего Севера в контрастные сезоны года / Ю.Ф. Щербина, О.Н. Попова // Экология человека. — 2012. - №12. — С.10-15.

4. Попова О.Н. Характеристика показателей легочных объемов и емкостей у уроженцев Крайнего Севера / О.Н. Попова, Ю.Ф. Щербина // Матер.З-й регион, научн.-практ. конф., посвящ. 50-летию зимних Беломорских игр. Физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке. - Архангельск, 2012.-С. 109-110.

5. Щербина Ю.Ф. Проходимость дыхательных путей в контрастные сезоны года у лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера / Ю.Ф. Щербина, О.Н. Попова // Актуальные проблемы материнства и детства в реализации государственной программы развития здравоохранения в Российской Федерации. - Нарьян-Мар, 2012. -С. 346-351.

6. Попова О.Н. Динамика статических легочных объемов и емкостей в контрастные сезоны года у жителей Крайнего Севера / О.Н. Попова, Ю.Ф. Щербина // Матер, всерос. молодежной научно-практ. конф. «Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты». - Архангельск, 2012. — С. 255-259.

7. Попова О.Н. Сезонные особенности динамических легочных объемов у лиц юношеского возраста, жителей Крайнего Севера / О.Н. Попова, Ю.Ф. Щербина // Матер. VIII научно-практ. конф., посвящ. 60-летию со дня образования госпиталя Беломорской военно-морской базы Северного флота «Медицинское обеспечение сил флота в условиях Кольского Заполярья». -Северодвинск, 2012.-С. 125-126.

8. Щербина Ю.Ф. Показатели легочных объемов, емкостей и вентиляции легких у девушек, жителей г. Мурманска в контрастные сезоны года / Ю.Ф. Щербина, О.Н. Попова // Матер, всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием «Человек в изменяющемся мире: адаптация, физическая культура и здоровье, окружающая среда и безопасность». - Мурманск: МГГУ, 2013. — С. 270-273.

Подписано в печать 05.03.2013. Формат 60x84'/i6. Бумага офсетная.

Гарнитура Times New Roman. Печать ризография. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1171

ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, 51 Телефон 20-61-90. E-mail: izdatel@nsmu.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Щербина, Юлия Федоровна, Архангельск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРНЫЙ (АРКТИЧЕСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА»

На правах рукописи

ЩЕРБИНА Юлия Федоровна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЗОННЫХ

РЕАКЦИЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У ЛИЦ ЮНОШЕСКОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО

ЗАПОЛЯРЬЯ

03.03.01 - Физиология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук, доцент О.Н.Попова

Архангельск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ

ОБОЗНАЧЕНИЙ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО- 9 ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КРАЙНЕГО СЕВЕРА (аналитический обзор литературы)

1.1. Климато-геофизические и космические особенности 9 Крайнего Севера

1.2. Экологическая физиология системы дыхания человека на 23 Севере

Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ 38 ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Организация проведения исследования 38

2.2. Методы и объем исследования 42

2.3. Математико-статистическая обработка результатов 46

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И 47 ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Динамика статических легочных объемов и емкостей в 47 контрастные сезоны года у жителей Крайнего Севера

Резюме 57

3.2. Особенности динамических легочных объемов у жителей 60 Крайнего Севера в контрастные сезоны года

Резюме 68

3.3. Показатели проходимости дыхательных путей в период 70 полярного дня и полярной ночи у жителей Крайнего Севера

Резюме 80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83

ВЫВОДЫ 94

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 95

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 96

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ АВ - альвеолярная вентиляция, л/мин

ДМОД, ДЖЕЛ - должные значения соответствующих показателей

ДО - дыхательный объем, л /

Евд - емкость вдоха, л

ЖЕЛ - жизненная емкость легких, л

ИГ - индекс Генслера, %

ИТ - индекс Тиффно, %

МАВ - минутная альвеолярная вентиляция, л/мин МВЛ - максимальная вентиляция легких, л/мин МОД - минутный объем дыхания, л/мин

МОС25 50,75 _ максимальная объемная скорость при выдохе 25, 50 или 75 %

ФЖЕЛ соответственно, л/с ОФВ0,5 - объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды, л ОФВ( - объем форсированного выдоха за первую секунду, л ОФВПОС - объем форсированного выдоха с пиковой объемной скоростью, л ОФВПОС/ФЖЕЛ - отношение объема форсированного выдоха с пиковой объемной скоростью к форсированной жизненной емкости легких, % ПОС - пиковая объемная скорость, л/с РД - резерв дыхания, л/мин РД% - относительный резерв дыхания, % РОвд - резервный объем вдоха, л РОвыд - резервный объем выдоха, л

СОС25-75- средняя объемная скорость на участке 25-75 % ФЖЕЛ, л/с

ТПОС - время пиковой объемной скорости, с

ТФЖЕЛ - время форсированной жизненной емкости легких, с

ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких, л

ЧД - частота дыхания, кол/мин

ЭВ - эффективность вентиляции, %

ВВЕДЕНИЕ

Природно-климатические факторы Севера оказывают влияние на многие функциональные системы организма человека [133, 166, 215, 278, 297] , но в первую очередь на систему дыхания, поскольку она не может быть защищена от внешних воздействий надежным искусственным барьером. При этом существует мнение о том, что влияние специфических климатических факторов Крайнего Севера, таких как колебания атмосферного давления, факторы электромагнитной природы и изменения фотопериодизма, практически не блокируются социальными и другими мерами защиты [197, 198]. Поэтому, несмотря на очевидный и значительный прогресс систем жизнеобеспечения, защищающих от неблагоприятных климатических условий северных территорий, до сих пор одной из самых уязвимых систем организма человека остается дыхательная система, особенно на этапе внешнего дыхания [58, 65, 76, 89, 204].

Функциональные изменения в системе внешнего дыхания у взрослых людей исследовались, как в условиях азиатского Севера [26, 27, 64, 66, 79, 99, 226, 229, 230, 239], так и в условиях Европейского Севера [42, 44, 88, 174, 180, 220]. Проведенные исследования позволили выявить как особенности, так и закономерности функционального состояния дыхательной системы у жителей Севера, а также характер компенсаторно-приспособительных реакций респираторной системы, направленных на уравновешивание с

внешней средой. Вместе с тем, исследования по изучению внешнего дыхания у взрослых жителей Крайнего Севера немногочисленны [25, 46, 50, 150], а сведения об особенностях системы внешнего дыхания у них в контрастные сезоны года представлены единичными исследованиями [120]. Кроме этого, поскольку на Крайнем Севере дыхательной системе отводится особая роль в обеспечении организма кислородом для поддержания соответствующего уровня окислительно-восстановительных процессов, кислотно-щелочного баланса и участии в физической терморегуляции, то в рамках северной биологии и медицины представляется актуальным изучение адаптивного поведения системы органов дыхания у жителей этих территорий, как с теоретической, так и с практической точки зрения. Все перечисленное выше и побудило провести настоящее исследование.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

2. Изучить динамические легочные объемы в контрастные сезоны года у обследованного контингента.

Научная новизна. Впервые установлены особенности функционального состояния системы внешнего дыхания у юношей и девушек, жителей Крайнего Севера, в контрастные сезоны световой апериодичности. Показано, что в период полярной ночи, по сравнению с полярным днем увеличиваются величины ЖЕЛ, как у юношей, так и девушек, а также ДО у девушек, изменяется структура ЖЕЛ, а также характер взаимосвязей ее составляющих. Установлено, что в период полярной ночи наблюдается более напряженная работа аппарата внешнего дыхания, резервные возможности дыхательной системы уменьшаются, особенно у девушек. Выявлено, что в полярную ночь, по сравнению с полярным днем происходит возрастание проходимости потока воздуха на уровне крупных и средних бронхов, причем такие изменения более выражены у девушек, чем у юношей.

ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры» (акт внедрения от 01.10.2012), в преподавании дисциплин «Экологическая безопасность жизненной среды», «Физиология висцеральных систем», «Экология человека» экспериментальной базовой кафедры экологической физиологи и биохимии, а также при обучении аспирантов по специальности «Физиология» в системе последипломного образования ФГБУН «Институт физиологии природных адаптаций» УрО РАН, (акт внедрения от 25.10.12), а также для сравнительной оценки получаемых собственных материалов научных работ в ФБУН «Северозападный научный центр гигиены и общественного здоровья» (акт внедрения от 24.10.12).

конференции с международным участием «Социально- гуманитарное знание: история и современность» (г. Мурманск, 14-15 мая 2012 г.), V Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов, посвященной 80-летию Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск, 16-17 мая 2012 г.), 3-й региональной научно-практической конференции, посвященной 50-летию зимних Беломорских игр «Физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке» (г. Архангельск, 27 апреля 2012 г.), итоговой научной сессии Северного государственного медицинского университета и северного научного центра северо-западного отделения РАМН «Северная медицинская школа: к 80-летию АГМИ-АГМА-СГМУ (г. Архангельск, 15 ноября 2012 г.), VIII научно-практической конференции «Медицинское обеспечение сил флота в условиях Кольского Заполярья» (г. Северодвинск, 15-16 ноября 2012г.), расширенном заседании Ученого Совета Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета имени М.В.Ломоносова (25 декабря 2013 г.)

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 131 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Работа проиллюстрирована 14 таблицами и 11 рисунками. Список литературы включает 243 отечественных и 65 зарубежных публикаций.

Глава 1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО-

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КРАЙНЕГО СЕВЕРА (аналитический обзор литературы)

1.1. Климато-геофизические и космические особенности Крайнего Севера

Женевская конференция ВОЗ (1964), посвященная медицинским проблемам Арктики-и Антарктиды, рекомендовала все территории, лежащие к Северу от с.ш. обозначать термином «высокие широты» [120]. В нашей

стране для этих районов используют официальный термин «Крайний Север» [45, 158]. Кроме того, в настоящее время для обозначения таких территорий также употребляют наименования: Заполярье, высокие широты, Арктика [68, 69, 70, 105, 216]. Необходимо заметить, что наиболее определенным в географическом отношении термином является «Заполярье».

По оценкам специалистов территория Заполярья России занимает 7,2 млн. км2 [196], что составляет 42,1 % ее общей площади. Европейская часть Заполярья в административном отношении входит в состав двух областей : Архангельской и Мурманской. Несмотря на общность географического положения этих областей, климатические условия их отдельных районов имеют между собой существенные отличия [67]. Так, заполярная территория Мурманской области (Кольское Заполярье) имеет сравнительно мягкий климат для высоких широт. Климатические условия в западной части Ненецкого автономного округа, расположенного на территории Архангельской области, более жесткие. Восточная же часть округа (большая по площади) относится к зоне арктического климата, отличающегося значительной суровостью.

Климат Северных территорий формируется под влиянием трех основных взаимодействующих факторов: радиационного - приход и расход солнечного тепла на земной поверхности и в атмосфере; циркуляционного -движение воздушных масс (морского или континентального происхождения); вертикального теплообмена и влагообмена в атмосфере, в

подстилающей поверхности (верхний слой почвы, растительный покров, верхний слой воды, снежный покров, ледяной покров на море и т.д.) и между ними [24].

Климат Кольского Заполярья формируется в условиях малого количества солнечной радиации под воздействием северных морей и интенсивного западно-восточного переноса. Именно этим обстоятельством объясняется парадоксальное изменение климата в данном регионе к более холодному в направлении не с юга на север, а с запада на восток [54].

Относительно высокие для данной географической широты среднегодовые температуры в регионе обусловлены воздействием Североатлантического течения, которое является продолжением теплого течения Гольфстрим. Вынос теплого морского воздуха в атлантических циклонах, перемещающихся через северные районы Скандинавии, и частые вторжения арктического воздуха с Ледовитого океана придают погоде большую неустойчивость: резкую изменчивость атмосферного давления, температуры воздуха и ветра [111].

Существенную роль в этих особенностях играет Североатлантическое колебание, так называемые «качели давления» между Азорским максимумом и Исландским минимумом атмосферного давления. Многочисленные исследования Североатлантического колебания приводят к выводу по его ведущей роли в изменчивости поля давления Северного полушария [171]. Частые колебания атмосферного давления достигают зимой абсолютной амплитуды 70-80 гПА и 40-60 гПА летом, при скорости падения 2,7 - 5,3 гПА/ч, что в 8 - 10 раз превышает пороговые значения, на которые больные сердечно-сосудистой патологией отвечают ухудшением здоровья [18]. Изменения атмосферного давления обусловливает большие суточные колебания парциальной плотности кислорода (ППК), под которой понимается реальное количество молекул кислорода во вдыхаемом воздухе [159]. Несмотря на то, что процентное содержание кислорода в северных регионах даже несколько выше, чем в умеренных широтах (20,99% и 20,44%

соответственно), однако, изменение метеорологических условий оказывает влияние на величину ППК. Так, плотность кислорода падает при повышении температуры и влажности воздуха, что особенно выражено при прохождении циклонов и теплых фронтов.

В целом климат суровый: лето холодное и прохладное, зима длинная и холодная, особенно во внутренних районах Кольского полуострова и на востоке Мурманской области [94]. Благодаря социальным средствам защиты значение холодового фактора, как ведущего в условиях Крайнего Севера, применительно к человеку значительно уменьшено. Вместе с тем, для контингента, работающего на открытом воздухе в зимний период времени, холодовой фактор по-прежнему сохраняет ведущее значение [76, 218]. В руководстве по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса [182] класс условий труда при работах на открытой территории для холодного периода года имеет три градации (при отсутствии регламентированных перерывов на обогрев): допустимый (-15,1°С), вредный (-17,3 ... - 27,5°С) и опасный (экстремальный) (ниже - 27,5°С). Если предусмотрены регламентированные перерывы на обогрев (не более чем через 2 часа пребывания на открытой площадке), то класс условий труда также имеет три градации: допустимый (-18,1°С), вредный (-21,3 ... - 35,5°С) и опасный (экстремальный) (ниже -35,5°С).

Россия является одной из самых холодных стран в мире: около 70% ее территории представлено зоной вечной мерзлоты [52]. Более 7 миллионов человек проживает в чрезвычайно холодных регионах, классифицируемых российским законодательством как «Крайний Север и приравненные к нему районы», где вс�

Информация о работе

Щербина, Юлия Федоровна
кандидата биологических наук
Архангельск, 2013
ВАК 03.03.01

Диссертация

Физиологическая характеристика сезонных реакций дыхательной системы у лиц юношеского возраста в условиях Кольского Заполярья - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Физиологическая характеристика сезонных реакций дыхательной системы у лиц юношеского возраста в условиях Кольского Заполярья - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы