Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние экологических и социально-экономических условий на возрастные изменения морфофункциональных показателей подростков [Обзор литературы] 10
1.1. К вопросу о соотношении влияния различных факторов окружающей среды на физическое развитие и функциональное состояние организма детей и подростков 10
1.2. Влияние факторов окружающей среды на физическое развитие,
состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем подростков 16
1.3. Влияние неблагоприятных факторов окружающей среды на характер и частоту заболеваемости детей и подростков 18
1.4. Влияние социально-гигиенических условий жизни на процессы физического развития, состояние функциональных систем организма детей и подростков 21
1.5. Двигательная активность как один из факторов, влияющих на темпы развития организма школьников 29
1.6. Эколого-токсикологическая оценка системы «окружающая среда - здоровье» 31
1.7. Основные методы изучения физического развития и состояния функциональных систем организма детей и подростков 33
2. Методы исследования 36
2.1. Исследование состояния окружающей среды города Калуги 36
2.1.1. Изучение состояния окружающей среды методом биоиндикации (по Берёзе повислой - Betula pendula Roth.) 36
2.1.2. Оценка загрязнения атмосферного воздуха г. Калуги 36
2.1.3. Методика эколого-токсикологической оценки загрязнения почв г. Калуги тяжелыми металлами 37
2.2. Методика исследования содержания тяжелых металлов в волосах подростков 40
2.3. Методика оценки физического развития и состояния функциональных систем организма подростков 41
2.4. Методика изучения социально-гигиенических факторов 46
2.5. Статистическая обработка результатов 47
3. Результаты собственных исследований 48
3.1. Исследование взаимосвязи между нарушением стабильности развития растительных организмов и морфофункциональными показателями подростков, проживающих на урбанизированных территориях с разными значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии 48
3.2. Характеристика суммарного загрязнения почв территории промышленных предприятий и селитебной зоны города 63
3.3. Изменение морфофункциональных показателей подростков, проживающих на территориях города с разным содержанием комплекса металлов в почвах. 67
3.4. Результаты исследования взаимосвязи загрязнения атмосферного воздуха г. Калуги и морфофункциональные показатели подростков, проживающих в районах города с разным содержанием свинца в приземном слое атмосферы 86
3.5. Исследование зависимости между загрязненностью окружающей среды тяжелыми металлами, содержанием тяжелых металлов в волосах подростков и уровнем здоровья подростков. 106
3.6 Исследование сочетанного влияния экологических и социально-экономических факторов на морфофункциональные показатели подростков ПО
3.6.1. Результаты исследования влияния социально-экономических факторов на морфофункциональные показатели подростков 111
3.6.2. Результаты исследования сочетанного влияния экологических и социально-экономических факторов на морфофункциональные показатели подростков 122
4. Выводы 138
Список литературы 141
Приложения
- К вопросу о соотношении влияния различных факторов окружающей среды на физическое развитие и функциональное состояние организма детей и подростков
- Изучение состояния окружающей среды методом биоиндикации (по Берёзе повислой - Betula pendula Roth.)
- Исследование взаимосвязи между нарушением стабильности развития растительных организмов и морфофункциональными показателями подростков, проживающих на урбанизированных территориях с разными значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии
Введение к работе
Актуальность проблемы. Организм детей и подростков наиболее чувствителен к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. У подростков происходят глубокие возрастные нейрогуморальные перестройки, которые часто вызывают различные функциональные нарушения или расстройства. Это в значительной степени снижает устойчивость и адаптационные возможности растущего организма. Ведущим критерием состояния здоровья растущего организма является физическое развитие, уровень которого тесно связан с экологическими и социально-экономическими условиями жизни. Таким образом, особую значимость принимает изучение уровня физического развития и состояния функциональных систем организма детей и подростков, проживающих в различных по загрязнённости районах и воспитывающихся в разных социально-экономических условиях.
В России за последние 10 лет только 6,5% научных работ затрагивают проблему взаимосвязи «экология-здоровье» [Гичев Ю. П., 2002]. Единичные работы посвящены оценке влияния комплекса экологических и социально-экономических факторов на здоровье подрастающего поколения [Задорожная Л. В., 1998; Максимова Т. М., 1998; Суханова Н.Н, 1996]. Поэтому необходимость проведения исследований в этом направлении определяет актуальность выполненной работы.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является оценка воздействия различных факторов окружающей среды на показатели физического развития и состояние функциональных систем организма подростков.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать наличие взаимосвязи между нарушением стабильности развития растительных организмов и некоторыми морфофункциональ-ными показателями подростков, проживающих на урбанизированных территориях с разными значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии
-
Исследовать наличие взаимосвязи между загрязнением почв города Калуги тяжелыми металлами, загрязнением приземного слоя атмосферы города Калуги свинцом и морфофункциональными показателями подростков.
-
Исследовать наличие взаимосвязи между загрязненностью окружающей среды тяжелыми металлами, их содержанием в волосах подростков и уровнем здоровья подростков.
4. Изучить сочетанное влияние экологических и социально-
экономических условий на морфофункциональные показатели подростков
5. Разработать критерии оценки состояния здоровья подростков на
основе использования центильных шкал и определения показателей функ
ционального состояния дыхательной и сердечно-сосудистой систем.
Научная новизна, В работе дана комплексная оценка воздействия различных факторов окружающей среды на показатели физического развития и состояние функциональных систем организма подростков.
Сформированы, обоснованы и апробированы методические подходы к изучению комплексного влияния окружающей среды на физическое развитие и функциональное состояние подростков.
Проведена сравнительная оценка интенсивности воздействия факторов окружающей среды на подростков обоего пола и разного возраста.
Получены новые данные о половом диморфизме в реакции детского организма на воздействие различных факторов окружающей среды.
Показано наличие зависимости между содержанием тяжелых металлов в волосах подростков, их содержанием в окружающей среде и состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма.
Практическая значимость. Выполненные исследования имеют важное теоретическое и практическое значение для понимания реакции организма человека на экологическое состояние окружающей среды. Полученные данные представляют новую информацию относительно воздействия различных факторов окружающей среды на показатели физического развития и состояние функциональных систем организма подростков.
Предложена модель оценки влияния окружающей среды на физическое развитие и функциональное состояние подростков может быть использована в качестве подсистем экологического и социально-гигиенического мониторинга. Результаты исследования внедрены в курс «Биология. Человек» в школах № 22, 26, гимназии № 24.
Реализация работы. Разработаны методические указания по оценке влияния различных факторов окружающей среды на физическое развитие и уровень здоровья, которые используются по курсу «Экология человека» для студентов био лого-химического факультета.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены на научных семинарах кафедры ботаники и экологии КГПУ им. К.Э. Циолковского (2000 - 2004 гг.), на международной научно-практической конференции «Экология и здоровье» (Новосибирск, 2002), I Всероссийской научной конференции с международным участием «Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека» (Новосибирск, 2002), международной научной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии» (Тверь, 2002), I Всероссийской научно-практической конференции «Провинциальный город: экономика, экология, архитектура, культура» (Пенза, 2003), II Всероссийской конференции по региональным и муниципальным проблемам экологической безопасности (Московская область, 2003),, Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004), III междисциплинарной конференции с международным участием «НБИТТ-21» (Петрозаводск, 2004), Всероссийской научно-практической конферен-
ции «Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения» (Ульяновск, 2004), Всероссийской конференции «Проблемы физкультурного образования и здоровье учащейся молодёжи» (Орёл, 2004), Международной научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов риска, экологической безопасности и управления рисками» (Пенза, 2004).
Структура и объем работы
class1 Влияние экологических и социально-экономических условий на возрастные изменения морфофункциональных показателей подростков [Обзор литературы] class1 link1 К вопросу о соотношении влияния различных факторов окружающей среды на физическое развитие и функциональное состояние организма детей и подростков link1
0Здоровье детей и подростков, их физическое и психическое состояние зависит от общих экологических, санитарно-гигиенических и социально-экономических условий жизни, Детский организм чутко реагирует на многообразные факторы окружающей среды в период роста и развития. Многочисленные исследования отечественных авторов показывают все возрастающее влияние экологических факторов на физическое развитие и состояние функциональных систем организма детей и подростков. Получены достоверные данные о том, что неблагоприятные экологические факторы в первую очередь усугубляют показатели детского здоровья [Альбицкий В. Ю., 1985; Ананьева Н. А. и соавт., 1998; Асланян С. А. и соавт., 1989; Баранов А. А и соавт., 1989; Дорожнова С. Г. 1983; Игнатьева Р. К. 1973; Карсаевская Т. В., 1970; Леонович В. В., 1964; Хамаганова Т. Г. 1979; Рахманов Р. С, Покровский А. В., 1999]. Поэтому дети и подростки являются своеобразным маркером качества жизни.
Выяснению роли экологических и социально-экономических факторов в формировании здоровья населения посвящено значительное количество работ. Однако многие из них носят противоречивый характер. Еще в 80-х годах прошлого столетия получила широкое хождение формула, в которой указывалось, что состояние здоровья населения зависит на 20-40 % от состояния окружающей среды, на 15-20 % от генетических факторов, на 25-50 % от образа жизни и на 10 % - от деятельности служб здравоохранени [Лисицин Ю. П., Владимирова Л. И., 1972]. Подобная формула относительно верно отражает соотношение основных факторов, определяющих уровень здоровья населения США, Японии, развитых стран Запада. В этих странах в течение продолжительного времени, большое внимание уделялось проблемам загрязнения окружающей среды и здравоохранения.
В России несколько иной вклад различных факторов в состояние здоровья населения. Это связано с ухудшающейся экологической ситуацией и отставанием в области лечебной и профилактической медицины [Гичев Ю. П., 2002].
Как показал анализ фактического материала, проведённый профессором Ю. П. Гичевым (2002), «выявляется достаточно убедительная связь между показателями загрязнения окружающей среды и увеличением частоты болезней системы органов дыхания, пищеварения, кожи, эндокринных заболеваний, аллергических процессов и иммунодефицитных состояний; возрастанием числа осложнений беременности, спонтанных выкидышей, врождённой патологии, перинатальной и детской смертности, смертности от болезней крови, печени, онкологических заболеваний и т. д.». Далее Ю. П. Гичев отмечает, что в России не соответствуют нормативным требованиям около 60% источников питьевого водоснабжения, более 20% почв, более 60-70% населения постоянно проживает на экологически поражённых территориях.
Таким образом, вклад экологической компоненты в ухудшение здоровья и развитие основных патологий в России может составлять 40-60% и выше [Акимова Т. А, Хаскин В. В., 1994; Гичев Ю. П., 2002; Yablokov A., Demin А., 1994]. Можно предположить, что в ходе увеличения антропогенной нагрузки на среду обитания возрастёт и степень угрозы населению, проживающему в экологически уязвимых районах. Недаром Е. Л. Райх (1979) предлагала использовать оценку воздействия изменённой окружающей среды на человека как «главный базисный принцип экологической экспертизы и прогноза последствий различных преобразований в природе». В связи с этим особый интерес представляет изучение и уточнение зависимости показателей здоровья как отдельной личности, так и общества в целом от воздействия, обусловленного факторами окружающей среды.
В «Концепции сохранения и укрепления здоровья населения Российской Федерации методами и средствами гигиенического обучения и воспитания», принятой Минздравом РФ в 1997 г., указаны основные показатели здоровья, интегрально отражающие его различные стороны. К ним относятся уровень и гармоничность физического развития, функциональное состояние организма и резервных возможностей его основных физиологических систем, резистентность к различным неблагоприятным факторам, наличие заболеваний, нарушение физического или психического развития.
По имеющимся данным, за последние 10-15 лет в центральных регионах РФ отмечаются снижение темпов роста и функциональных показателей, астенизация телосложения у дошкольников и стагнация развития у школьников. Так, в 1992-1995 годах только 20-25% учащихся к моменту окончания школы могли быть признаны абсолютно здоровыми [Кондрашенко В. Н., 1993; Рахманов Р. С, 1996]. К 1999 году эта цифра снизилась до 10% [Чумаков Б, Н., 1999]. За последние 10 лет число здоровых девушек -выпускниц школ уменьшилось более чем в 3 раза. Соответственно, с 40 до 75% увеличилось количество девушек, имеющих хронические заболевания. По данным Минздрава РФ, из 6 млн. подростков 15-17 лет, прошедших профилактические осмотры, у 94,5% были зарегистрированы различные заболевания. Эти данные свидетельствуют о значительном ухудшении здоровья подрастающего поколения.
В «Государственном докладе о состоянии здоровья населения Российской Федерации в 2001 году» отмечается, что уровень общей заболеваемости населения имеет тенденцию к росту и составляет среди детей 1871,4, среди подростков 1549,2 и среди взрослых 1198,4 случая на 1000 населения
Государственный доклад о состоянии здоровья населения Российской Федерации в 2001 году // Здравоохранение Российской Федерации. 2003. X» 2. С 7-11. соответствующего возраста. Причём рост показателей заболеваемости наблюдается практически по всем классам болезней.
К показателям здоровья школьников относится и физическое развитие. Уровень физического развития тесно связан с целым комплексом факторов: генетических, экологических, социально-экономических, гигиенических, алиментарных и бытовых. Из этих факторов наиболее управляемыми являются социально-экономические и гигиенические условия. Влияние социально-экономических условий жизни и других факторов внешней среды наиболее выражено в так называемые сенситивные возрастные периоды (грудной и подростковый возраст), когда интенсивно протекают процессы роста и развития [Краснов В. М., Григорьева М. Н., Краснов М. В. и др.,2002]. И, хотя детский организм развивается по чёткой генетической программе, а темпы роста зависят от пола и возраста, имеются многочисленные данные о том, что на его развитие оказывают влияние изменения окружающей среды, бытовые условия и т.д.
Оценка Сухановой Н. Н. (1996) физического развития детей 6, 11 и 15-ти летнего возраста показала, что сократилось число детей, имеющих уровень биологического развития соответствующий календарному возрасту, сократилась численность гармонично развитых детей. Суханова Н. Н. указывает, что дети с гармоничным и соответствующим возрасту физическим развитием имели наименьшую вероятность в возникновении отклонений в состоянии их здоровья.
Изучение состояния окружающей среды методом биоиндикации (по Берёзе повислой - Betula pendula Roth.)
Среди негативных факторов среды наиболее опасным является загрязнение атмосферного воздуха [Борисов Б. М. и соавт., 1996; Вронский В. А., Саламаха И. Н., 2001; Еремейшвили А. В., 1999; Иванов А. В., 2003]. Нами проведено обобщение многолетних результатов исследований, выполненных ООО «Экоаналитика» и использованных для формирования сводного тома предельно-допустимых выбросов (ПДВ) г. Калуги. Обобщенные результаты были обработаны с помощью программы Maplnfo. С помощью этой программы подготовлены картографические материалы с привязкой к местам постоянного проживания подростков. Методика эколого-токсикологической оценки загрязнения почв г. Калуги тяжелыми металлами
Загрязнение почв тяжелыми металлами представляет особую опасность для населения. Основными источниками тяжелых металлов в городах являются промышленные и энергетические предприятия, автотранспорт, жилищно-коммунальное хозяйство [Вронский В. А., Саламаха И. Н., 2001]. Ухудшение санитарно-гигиенических функций городских почв создает угрозу здоровью и жизни населения, так как высокое содержание тяжёлых металлов в окружающей среде приводит к различным заболеваниям [Давыдов Б. И. и соавт., 1998; Лихтшангоф А. 3., 1995; Онищенко Г. Г., 2003; Серпов В. Ю., 2001; Стародумов В. Л., 2000]. Для городов, где широко распространены тяжелые металлы, характерен преимущественно ингаляционный путь их поступления в организм [Бабенко О. В. и соавт., 2000; Машаева Л. Л., 1994]. Поэтому почва, которая находится на пересечении всех транспортных путей миграции ксенобиотиков, является наиболее чутким индикатором геохимической обстановки в регионе [Бабенко О. В. и соавт., 2000; Петров Е. Ю. и соавт., 1999].
Методика эколого-токсикологической оценки загрязнения почв тяжелыми металлами включала в себя отбор проб, пробоподготовку, исследование валового содержания тяжелых металлов, обработку геохимической информации, построение электронных карт суммарного загрязнения почв г. Калуги.
Совместно с ПК «ГЕО» было проведено эколого-геохимическое опробование территории г. Калуги с целью получения материалов для составления карт загрязнения почв ТМ и токсичными элементами (свинец, цинк, медь, никель, кобальт, марганец, хром, мышьяк, ртуть, кадмий). Интервал опробования составлял 250 м.
Была выполнена проходка копушей и шурфов (из которых отбирались пробы). Масштаб опробования составил 1:10000. В соответствии с этим, расстояние между местами отбора проб колебалось в пределах 100-150 м. Копуши и шурфы располагались на профилях с учетом уклона поверхности рельефа территории каждого предприятия. В копушах и шурфах опробованию подверги гумусированный слой, представленный супесями, реже суглинками и глинистыми песками. Одну пробу составляли из 20-25 точечных, отобранных по стенкам копуши или шурфа с глубины 2,0-10,0 см. Вес одной пробы колебался в пределах 0,6-0,8 кг.
Пробы размещали в полиэтиленовые мешочки со стандартной этикеткой места взятия и глубины отбора почв. Всего было отобрано 1500 проб.
Исследование почвенных проб на валовое содержание тяжелых металлов выполнено в аккредитованной испытательной лаборатории по качеству пищевых продуктов, продовольственного сырья и экологии (ИЛКППЭ) методом атомно-абсорбционной спектрометрии по стандартным методикам.
Проведенная нами работа позволила выделить участки на территории города Калуги с чрезвычайно опасным, опасным, умеренно опасным и допустимым загрязнением почвы тяжелыми металлами. Особенно выделены территории проживания подростков, у которых проводили оценку состояния здоровья.
Вся геохимическая информация сведена нами в ряд графических материалов, из которых основной является карта суммарного загрязнения почв г. Калуги, а дополнительными - моноэлементные карты загрязнения по свинцу, цинку, никелю. Для построения карты суммарного загрязнения мы использовали суммарный показатель загрязнения (СПЗ) или Zc., который равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей КСІ и Кс, Эти коэффициенты показывают степень загрязнения почв территории предприятий и селитебной зоны по отношению к почвам не загрязненных территорий, имеющих фоновое содержание тех же элементов тяжелых металлов. При подсчете СПЗ мы руководствовались методическими указаниями по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами Минздрава СССР №42.66-87, а также МУ 2.1.7.730-99. Суммарный показатель вычисляли по формуле:
Z (СПЗ)=Е (K +.-.+K Hn-l), где К , (IQn) - коэффициенты концентрации компонентов загрязнения от і до п п -число определяемых элементов, участвующих в подсчете (значения элементов меньше единицы в подсчет не включались) K q (С„)/Сф, где Сф - значение фона (мк/кг) Cj (Сп) - концентрация элементов в пробах (мк/кг) от і до п.
Оценку степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по суммарному показателю Zc проводили по оценочной шкале (табл. 1).
Исследование взаимосвязи между нарушением стабильности развития растительных организмов и морфофункциональными показателями подростков, проживающих на урбанизированных территориях с разными значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии
Анализ и сопоставление карт распределения плотности экологозависимых заболеваний на территории Калужской области и качества природной среды по показателям стабильности развития Берёзы бородавчатой, проведённый совместно с Лабораторией биоиндикации КГПУ им. К. Э. Циолковского, позволил выявить временные различия в возникновении разных типов заболеваний. Установлено, что число детей врождёнными пороками развития увеличивается спустя год, после ухудшения экологической обстановки в данном районе города, а увеличение болезней органов дыхания среди детей регистрируется через несколько лет. Это свидетельствует о тенденции «запаздывания» изменений состояния функциональных систем организма в ответ на воздействие неблагоприятных факторов среды. Поэтому нами для изучения влияния комплекса экологических факторов на морфофункциональное состояние подростков, обследованных в 1999-2000 году, использована карта оценки качества городской среды по результатам биомониторинговых работ, выполненная методом изолиний (рис. 1).
В ходе анализа карты изолиний по результатам биомониторинга окружающей среды выяснилось, что практически все территории повышенных значений коэффициента флуктуирующей асимметрии приурочены к местам расположения крупных промышленных предприятий, автоколонн, участкам дорог с наиболее интенсивным движением автотранспорта.
Для сопоставления результатов биомониторинга и изменения морфофункциональных показателей подростков нами выделены две группы. В первую группу вошли подростки, на территории проживания которых зафиксированы значения коэффициента флуктуирующей асимметрии менее 0,01016. Вторая группа состояла из подростков, проживающих в районах с более высокими значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии (от 0,01016 до 0,02459).
Было установлено, что значения длины и массы тела, окружность грудной клетки, жизненная ёмкость легких мальчиков и девочек 13, 14 лет первой группы выше, чем у мальчиков и девочек второй группы (рис. 2-5). С возрастом (после 15 лет) и у мальчиков и у девочек происходит выравнивание показателей в обеих группах, а затем увеличение антропометрических показателей во второй группе. Это связано, вероятно, с более эффективным проявлением адаптационных механизмов в процессе взросления.
Аналогичные результаты получены при исследовании динамики изменения весоростового индекса (ВРИ) и индекса Коула, который показывает отношение фактической массы тела к массе 50 центиля (средней массе здоровых детей данной возрастно-половой группы). Выявлено, что с возрастом разница между значениями этих индексов у подростков 1 и 2 групп уменьшается (табл. 3 и 4).
Изменения индекса Вервека, который отражает соотношение длины тела, массы тела и окружности грудной клетки, свидетельствуют о выраженном вытягивании подростков второй группы (рис. 6). Таким образом, как и у растений, так и у подростков наблюдается явление асимметрии.
У подростков, проживающих в районах города с разными значениями коэффициента флуктуирующей асимметрии, выявлены незначительные изменения таких функциональных показателей, как частота сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление, индекс пульс-апноэ (ИПА), индекс функциональных изменений (ИФИ) (табл. 5-8). В то же время, у подростков 2 группы выявлена тенденция к увеличению времени задержки дыхания на вдохе (проба Штанге) (рис. 9) и времени задержки дыхания на выдохе (проба Генча) (рис. 7) на фоне более низких значений жизненного показателя (рис. 8) и жизненной ёмкости лёгких (рис. 4). Кроме того, значения экскурсии грудной клетки у мальчиков и девочек второй группы на 0,1 -1,2 см выше, чем у подростков первой группы (табл. 7, 8). Это свидетельствует о включении компенсаторных механизмов вентиляции лёгких при проживании в неблагоприятных экологических условиях.
