Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности формирования и функционирования детского организма 18
1.1. Современные представления о физиологических механизмах адаптации 18
1.2. Процессы роста и развития детей 23
1.3. Физическое развитие и функциональное состояние детского организма - критерии здоровья. Функциональные резервы 26
1.3.1. Основные критерии физического развития детей 37
1.3.2. Возрастно-половая специфика темпов роста и развития 42
1.4. Секулярный тренд или эпохальный сдвиг в развитии детей. 46
1.5. Сенситивные и критические периоды онтогенеза 58
1.6. Особенности функционирования сердечно-сосудистой системы у детей 62
Глава 2. Внешняя среда и состояние здоровья детей 69
2.1. Влияние условий Севера на развитие и функциональное состояние детского организма 69
2.2. Влияние на развитие детей условий города и села 76
2.3. Условия школьного обучения и состояние здоровья детей 79
2.4. Функциональная межполушарная асимметрия и адаптационные возможности организма 86
Глава 3. Характеристика контингента обследованных, условий и методов исследования 94
3.1. Контингент обследованных лиц. Условия исследования 94
3.2. Методы исследования и их обоснование 97
3.2.1. Методы исследования показателей соматического развития 98
3.2.2. Методы исследования функциональных показателей систем кровообращения и дыхания 100
3.3. Климатогеографическая характеристика места проведения исследования 107
Глава 4. Функциональные резервы и особенности формирования детского организма в условиях высоких широт (Западно-Сибирский Север) 110
4.1. Формирование морфофункционального статуса организма в критическом возрастном периоде индивидуального развития 110
4.2. Влияние на развитие детей северного «стажа» (в условиях северного города и села) 120
4.3. Морфофункциональная изменчивость организма детей на Севере и ее связь с латеральным фенотипом 131
4.4. Влияние повышенных физических нагрузок на формирование морфофункционального типа детей в условиях Севера 141
Глава 5. Влияние условий города и села на формирование и адаптационные возможности детей в условиях средних широт 159
5.1. Особенности формирования городских и сельских дошкольников. Тренд в развитии городских детей дошкольного возраста 159
5.2. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы у городских и сельских дошкольников 167
5.3. Морфофункциональные показатели городских и сельских детей школьного возраста. Эпохальный сдвиг в развитии детей школьного возраста 173
5.4. Анализ корреляционных связей мофофункциональных параметров у дошкольников и детей, приступивших к систематическому школьному обучению 183
5.5. Возрастно-половые особенности в регуляции сердечной деятельности у дошкольников и школьников первого года обучения (по показателям вариационной пульсометрии) 187
Глава 6. Влияние микросоциальной (внутришкольной) среды на формирование и функциональные возможности детского организма 195
6.1. Сравнительная оценка влияния обучения в условиях детского сада и средней школы на функциональное состояние детей 195
6.2. Влияние на состояние учащихся условий повышенных умственных нагрузок в гимназии 199
6.3. Функциональные резервы и особенности развития детей при адаптации к обучению в условиях северной школы 209
Глава 7. Обсуждение результатов 219
Выводы 279
Практические рекомендации 282
Список сокращений 284
Список литературы 285
- Современные представления о физиологических механизмах адаптации
- Влияние условий Севера на развитие и функциональное состояние детского организма
- Методы исследования функциональных показателей систем кровообращения и дыхания
- Формирование морфофункционального статуса организма в критическом возрастном периоде индивидуального развития
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в России и других государствах постсоветского пространства все более широким кругом исследователей отмечается резкое ухудшение здоровья детей, которое, как известно, является объективным индикатором состояния окружающей среды (Дронова, 1993; Крылов, 1993; Кучма с соавт., 1993; Чурьянова с соавт., 1994; Вельтищев, 1995; Васильев, 1995; Егорова АХ., 1995; Антропова, Соколова, 1996; Якубова с соавт., 1997; Абросимова, Кабирова, 1998; Студеникин, Ефимова, 1998; Ямпольская, 1998; Бутова, 1999; Суханова, 1999; Хрипкова, 1999; Кудрявцев с соавт., 2001; Гичев, 2001; Агаджанян, 2001). Увеличение заболеваемости во всех возрастных группах, рост числа детей, относящихся к группам высокого медико-социального риска, наблюдается, как из-за отсутствия необходимого межведомственного подхода к охране здоровья, несовершенства существующей системы медицинского обслуживания и материально-технической базы дошкольных и школьных образовательных учреждений, так и программ обучения, зачастую не соответствующим физиолого-гигиеническим требованиям (Андреева, Малыгин, 1987; Коза с соавт., 1992; Айзман с соавт., 1994; Баранов, 1998; Харитонов с соавт., 1999; Антропова с соавт., 2000а ).
Общепризнанно, что ведущими критериями здоровья являются физическое развитие и функциональные возможности организма (Бунак, 1940; 1941; 1968; Таннер, 1962; Башкиров, 1962; Казначеев с соавт., 1980; Калюжная с соавт., 1982; Аршавский, 1982; Тупицын, 1985; Ананьева, Ямпольская, 1985; Ковалев, 1986; Колесов, Тупицын, 1987; Сердюковская, 1989; 1993; Сердюковская, Баранов, 1996; Ямпольская 1996, 1998; Матвеева с соавт., 1997; Щедрина, 1989; 1996; 2001; Weiner, Lourie, 1981; Schmidt et al., 1986; Strachan et al., 1990; Krongsdir et a!., 1996; Carter et al., 1997; Bergmann, Mensink, 1999; Sevilla et al., 2000). У детей с дисгармониями в физическом развитии наблюдается наибольшее количество функциональных сдвигов и нарушений
здоровья (Алтухов, Ботвиньев, 1979; Балыгин, 1990; Сухарев, 1991; Галыгин с соавт., 1998; Абросимова, Кабирова, 1998; Суханова, 1999; Gallo et al., 2000). Повышенное количество отклонений в физическом развитии отмечено в районах антропогенного загрязнения окружающей среды (Агаджанян, Кузьменко, 1995; Owen et al., 2000; Jahari et al., 2000) и в критические периоды онтогенеза на этапах неустойчивого равновесия, когда старые механизмы регуляции исчерпали свои возможности в поддержании адекватной структурированности организма и его частей, а механизмы, соответствующие новому уровню дифференцировки элементов системы, еще не достигли той минимальной зрелости, которая обеспечивает консолидацию элементов системы и противодействие повреждающим факторам среды (Леонтюк, 1984; Любомирский, 2000)
Уровень и гармоничность физического развития - это уникальные показатели здоровья: по их динамике удается проследить, не только сравнительно кратковременные эффекты воздействия факторов природной и социальной среды, но и эпохальные изменения биологической природы человека. Отсутствие единого подхода к оценке физического развития, важнейшего инструмента первичного контроля за здоровьем (Максимова, 1987; 1991; Швецов с соавт., 1993; Агаджанян с соавт., 1989; 1995) существенно затрудняет профилактику заболеваемости и усложняет планирование мероприятий по его сохранению и укреплению, хотя соответствующие направления являются приоритетными в программах Российской Академии образования, министерств образования и здравоохранения РФ.
Каждому возрастному периоду развития ребенка свойственны свои особенности морфофункциональной организации систем и их реактивности. Важное значение для дальнейшей разработки теории адаптации с онтогенетических позиций имеет расширение научных представлений о формировании растущего организма в экстремальных условиях окружающей среды. Известно, что в XX веке Сибирь и ее северные регионы, подверглись
7 наиболее интенсивным эколого-демографическим воздействиям. Особенно актуальной является проблема сохранения здоровья детей в условиях Западной Сибири, где формирование его уровня происходит под влиянием не только суровых климато-географических факторов, но и специфических социально-экономических, а также прогрессирующего загрязнения окружающей среды продуктами нефте-газодобывающей промышленности (Казначеев, 1996). Сочетание влияния факторов Севера и техногенного загрязнения среды обитания вызывает истощение саморегуляторных гомеостатических и перенапряжение нейрогуморальных механизмов, что приводит к хронизации детских заболеваний (Копосова с соавт., 1997). Особенно остро стоит проблема сохранения здоровья наиболее уязвимой части населения - детей мигрантов, переселившихся из более благоприятных климатических условий на Север, где демографическая ситуация отличается своей спецификой. В условиях интенсивного освоения Севера, вследствие большого миграционного притока населения, к «сельской местности» относится все меньше территорий, а бывшие села и поселки преобразуются в новые промышленные города. Суровые природные условия, нарушенная экология, неразвитая инфраструктура молодых северных городов, социальная незащищенность, отсутствие у населения необходимых знаний о протекании адаптационных процессов в организме, несоблюдение здорового образа жизни и культуры питания в условиях холодного климата ведет к высокой заболеваемости и повышенной смертности детей.
Характер развития детского организма - адаптивный, в первую очередь развиваются жизненно важные системы органов, обеспечивающие приспособительные реакции к условиям среды. Согласно теории системогенеза (Анохин, 1980; 1984), при исследованиях детей первоочередное внимание уделяется показателям, отражающим адаптивные качества организма. Одной из таких физиологических характеристик, является индивидуальный профиль функциональной межполушарной асимметрии, который служит
8 прогностическим признаком «северного адаптивного типа»; известно, что экстремальные условия Севера способствуют отбору лиц с правополушарным доминированием (Леутин, 1995; Аршавский, 1998; Агаджанян с соавт., 1998). В то же время, не существует однозначного решения проблемы о связи особенностей асимметрии и морфофункциональных признаков детского организма в условиях Севера (Леутин, Николаева, 1988; Леутин с соавт., 1997). В Институте физиологии СО РАМН разработана концепция незавершенной адаптации, в которой одним из маркеров незавершенности адаптивного процесса к неадекватным условиям окружающей среды предлагается считать временную функциональную инверсию полушарного доминирования (Кривощеков с соавт., 1998). В связи с этим, определение латерального фенотипа по преобладанию признаков полушарного доминирования и адаптационных возможностей детского организма на Севере с учетом критического периода возрастного развития явилось одной из поставленных нами задач.
Согласно климатическим правилам (Bergmann, 1847; Allen, 1960), в условиях низких температур для теплового баланса более благоприятны крупные размеры тела. Однако одинаковую направленность корреляция внутри - и межгрупповых связей имеет только у южан, а на северных территориях действуют причины, нарушающие физиологические связи между признаками (Алексеева, 1986). «Разрушителями» физиологических связей могут выступать как смешение, так и климатогеографические факторы, под влиянием которых на протяжении истории популяции могут формироваться такие взаимосвязи, которые обеспечивают наибольшую устойчивость морфофункционального типа в данной среде. Рассмотрение акклиматизационной изменчивости в свете теории адаптивных типов предполагает, что оптимальный акклиматизационный эффект может быть достигнут при наибольшем сходстве морфофизиологических особенностей пришлого и коренного населения.
9 Хотя большинство специалистов сходятся во мнении, что занятия спортом повышают неспецифическую резистентность организма, в некоторых работах (Пономаренко, 1983) приводятся данные отрицательного влияния усиленных занятий спортом на представителей пришлого населения, мигрировавших на Север в раннем детстве. Известно, что региональные вариации заболеваний зависят от эффекта ранней миграции и от места жительства — условий города или села (Strachan et al., 1990).
На фоне природно-экологического и социального прессинга протекает основной вид трудовой деятельности ребенка - систематическое школьное обучение. С помощью многофакторного анализа было установлено, что в соответствии с величиной вклада в дисперсию признаков, определяющих снижение адаптационных возможностей, вклад внутришкольной среды по мере обучения постоянно увеличивается (Чурьянова с соавт., 1993; Матвеева с соавт., 1997; Баранов, 1998; 1999). ММ. Безруких (2001) отмечает, что отрицательное воздействие на здоровье оказывают такие компоненты внутришкольной среды, как стрессовая тактика авторитарной педагогики, интенсификация учебного процесса, несоответствие программ обучения функциональным и возрастным особенностям учащихся, несоблюдение физиологических и гигиенических требований к организации учебного процесса, недостаточная квалификации педагогов в вопросах физиологии развития и охраны здоровья ребенка, неэффективность системы физического воспитания и др.
Недостаточность сведений о функциональных резервах и особенностях формирования детского организма в условиях интенсивных процессов миграции в современных городах и сельской местности Западной Сибири, значимость решения проблемы сохранения здоровья вызывают необходимость комплексных исследований, позволяющих на донозологическом уровне оценивать и контролировать текущее состояние, выявлять изменчивость в динамике процессов развития, рассогласования в деятельности жизненно
10
важных систем при адаптации детей к неадекватным условиям макро - и
микросоциальных сред, в т. ч. к условиям обучения, с целью своевременной
коррекции структурно-функциональных сдвигов и профилактики
заболеваемости в одном из важнейших для экономики России регионов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось выявление
закономерностей формирования морфофункционального типа и оценка
функциональных резервов детского организма в условиях
климатогеографических, экологических и социально-экономических особенностей Западносибирского промышленного региона, в том числе условий школьного обучения. Для достижения поставленной цели, были определены следующие задачи:
Определить закономерности и особенности формирования, оценить функциональные резервы детского организма в условиях средних и высоких широт Западной Сибири с учетом критических и сенситивных периодов онтогенеза,
Провести оценку влияния северного «стажа» на развитие и функциональное состояние детей (на примере соотношения показателей физического развития, сердечно-сосудистой и дыхательной систем),
Изучить влияние индивидуальных особенностей (профиля функциональной межполушарной асимметрии) на морфофункциональное развитие и адаптационные возможности детей в условиях Западносибирского Севера.
Оценить влияние повышенных физических нагрузок (занятия спортом) на уровень развития и функциональные возможности детей, испытавших эффект ранней миграции на Север,
Дать сравнительную характеристику физического развития и функционального состояния организма детей дошкольного и школьного возраста в условиях различных макро- и микросоциальных сред (город-село; детский сад-школа; школа традиционного типа-гимназия, северная школа);.
Оценить взаимосвязи морфофункциональных параметров и типологию регуляции сердечной деятельности у детей дошкольного и школьного возраста в динамике адаптивного процесса г
Выявить морфофункциональные изменения в развитии детей Западной Сибири за 90-е годы XX столетия (наличие положительного или отрицательного эпохального сдвига) *
Научная новизна* Установлено изменение возрастных закономерностей у детей-мигрантов Западносибирского Севера: снижение темпов роста и амплитуды ростового максимума, задержка физического развития, снижение крепости телосложения, аэробной производительности организма и функционального созревания, по сравнению со сверстниками из средних широт. В наибольшей степени выявленные изменения влияют на формирование морфофункционального статуса в критических («узловых») периодах онтогенеза.
Выявлена изменчивость морфофункционального типа у детей-мигрантов с длительным северным «стажем» - более 9-10 лет. Наиболее оптимальными являются морфофункциональные показатели детей пришлого населения -уроженцев Севера, размеры и пропорции тела, а также грудная клетка которых приближались к таковым у коренных жителей.
Впервые получены сведения о связи уровня физического развития и адаптационных возможностей детей Западносибирского Севера с индивидуальным профилем функциональной межполушарной асимметрии. Наиболее приспособленными по отношению к действующим экстремальным факторам являются дети пришлого и коренного населения с преобладанием признаков синистральности или симметрии в латеральном фенотипе, на что указывают более высокий уровень достигнутого развития, большая пластичность и адаптоспособность детей с преобладанием признаков правополушарного доминирования.
12 Новыми являются данные о негативном влиянии усиленных занятий спортом на развитие детей, испытавших эффект миграции на Север в раннем детстве. У активно занимающихся спортом на Севере, отмечено наибольшее отставание по основным антропометрическим признакам физического развития, физической работоспособности и максимальному потреблению кислорода на фоне повышенной потребности миокарда в кислороде, высокой встречаемости тахикардии и повышения системного АД, а также увеличения количества реакций системы кровообращения на физическую нагрузку по гипертоническому типу.
Впервые установлено, что влияние места жительства (город-село) на изменение морфофункциональных параметров детей в средних и высоких широтах носит разнонаправленный характер и зависит от возраста. На юге региона отмечено снижение тотальных размеров тела с выраженными явлениями грацилизации и астенизации в телосложении городских детей, по сравнению с сельскими. На севере - большее уменьшение размеров тела и физической работоспособности, по сравнению с контролем, отмечено у сельских школьников. Наличие функциональных сдвигов рассогласования, напряжение в деятельности систем дыхания и кровообращения, снижение аэробной производительности организма установлено для городских детей в критических и сенситивных периодах онтогенеза, как на юге, так и на севере региона.
Получены новые данные о ретардации (отрицательный эпохальный сдвиг) в развитии городских и сельских детей разного возраста и разного места жительства (город-село), произошедших в условиях Западной Сибири в 90-е годы XX столетия.
Теоретическая и практическая значимость. Установленные в исследовании факты нетипичной возрастной динамики морфофункциональных параметров у здоровых детей в критических и сенситивных периодах онтогенеза расширяют представления об особенностях и закономерностях формирования детского
13 организма при адаптации к комплексу природных и социально-экономических факторов. Полученные данные вносят вклад в теорию адаптации и с онтогенетических позиций указывают на необходимость особого подхода к решению проблем экологической и возрастной физиологии.
Полученные сведения об изменчивости морфофункционального типа в условиях многолетней адаптации к Северу и явлениях ретардации в развитии современных детей Западной Сибири позволяют прогнозировать формирование морфофункционального статуса, сроки наступления периодов наибольшей сенситивности детского организма к действующим факторам, выраженности рассогласования структуры и функций, критических для сохранения здоровья. Установленные характерные закономерности в развитии детей Западной Сибири являются предпосылками для создания региональных нормативов городского и сельского населения, проживающего в специфических условиях (суровость и резкая зональность климата, нарушенная экология), а также для создания и внедрения в практику, специально разботанных для условий Западной Сибири, мер по сохранению и улучшению здоровья детского населения.
Результаты проведенных исследований внедрены в научную, педагогическую и оздоровительно-профилактическую практику средних общеобразовательных школ № 8 (Акт внедрения от 24 мая 2001 г.), ДОУ №134 (Акт внедрения от 2 ноября 2000 г.) г. Тюмени, в ряде северных школ: г. Салехарда (Акт внедрения от 21 декабря 1999 г.), г. Радужного (Акт внедрения от 15 мая 2000 г.) и в некоторых сельских средних школах юга Тюменской области (Акт внедрения от 12 сентября 1999 г.).
Теоретические положения, касающиеся физиологических механизмов адаптации детского организма к условиям Севера, школьному обучению, влиянию занятий спортом на организм северян, исследования секулярного тренда в развитии нашли отражение в программах учебных курсов по физиологии человека, возрастной физиологии и специальным курсам по
14 адаптации человека к экстремальным условиям среды на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Тюменского государственного университета (Акт внедрения от 8 октября 2000 г.), кафедрах нормальной физиологии (Акт внедрения от 24 апреля 2001 г.) и теоретических основ физического воспитания и ЛФК Тюменской государственной медицинской академии (Акт внедрения от 10 апреля 2001г.)
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Формирование детского организма в условиях Западно-Сибирского промышленного региона имеет свои закономерности и специфические особенности. Динамика показателей физического развития, гомеостатических систем дыхания и кровообращения, адаптационных возможностей организма детей дошкольного, среднего и старшего школьного возраста (4-17 лет) указывает на существование климатогеографической, экологической и социальной дифференциации в формировании морфофункционального статуса организма детей пришлого и стабильного населения.
Комплексная оценка морфофункционального развития и состояния жизненно важных систем организма выявляет индивидуальный характер адаптации детей к условиям окружающей среды, которая зависит от возрастных особенностей и пола детей, связана с условиями макро -и микросоциальных сред (высокие - средние широты; город - село; условия обучения), эффектом ранней миграции на Север, индивидуальным профилем функциональной межполушарной асимметрии, а также определяется уровнем физических и умственных нагрузок в критические периоды онтогенеза.
Выявленные в ходе скрининга среди практически здоровых детей группы с отклонениями в физическом развитии, рассогласованием в деятельности основных гомеостатических систем организма, на фоне воздействия комплекса неблагоприятных факторов среды, нуждаются в углубленном обследовании специалистов в связи с резким повышением риска заболеваний.
Полученные при обследовании детей данные с учетом интенсивности миграционных процессов, периодов индивидуального возрастного развития, латерального фенотипа на базе, используемых в работе, методик, могут быть положены в основу разработки специальных способов профилактики и коррекции здоровья детей.
Предлагаемая технология диагностики состояния «здоровья здоровых» на донозологическом уровне может стать основой прогнозирования структурно-функциональных нарушений в ходе мониторинга за состоянием детей в климатоэкологических условиях средних и высоких широт Западной Сибири.
Апробация работы. Материалы диссертации были обсуждены на региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития массовой физической культуры и спорта» (Тюмень, 1989), IX Всесоюзной конференции «Актуальные проблемы физиологии труда и эргономики» (Москва, 1990), Всесоюзной конференции «Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты человека» (Москва, 1990), Второй международной конференции «Роль приполярных университетов в развитии Севера» (Тюмень, 1991), региональной научно-практической конференции «Совершенствование физического воспитания школьников и студентов», (Тюмень, 1993), Международной медицинской конференции "Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения нефтяных и газовых месторождений в Арктических регионах» (Надым, 1993), International conference «Redressing the Imbalance. Health Human Resourses in Rural and Northern Communities» (Thunder Bay. Canada, 1993), XVI съезде ВФО им. И.П. Павлова РАН (Москва, 1994), Международном медицинском симпозиуме «Ямал - 95. Труд и здоровье человека на Севере.», (Новый Уренгой, 1995), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в образовании» (Тюмень, 1995), 2-го Съезда физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995), Второй международной научно-практической
конференции «Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения нефтяных и газовых месторождений в Арктических регионах» (Надым, 1995), научно-практической конференции, посвященной 90-летию В.Д.Пегеля «Механизмы адаптации организма» (Томск, 1996), Международном симпозиуме «Дети и Олимпийское движение» (Тюмень, 1997), XVII съезде ВФО им. И. П. Павлова РАН (Ростов-на-Дону, 1998), Международной конференции, посвященной памяти А.Д. Слонима «Адаптация организма к природным и экосоциальным условиям среды» (Магадан-Бишкек, 1998); Всероссийской научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 1999); III Всероссийском симпозиуме «Механизмы природных адаптации» (Иваново, 1999); Международном симпозиуме «Медицина и охрана здоровья» (Тюмень, 1999); 3-ем Международном конгрессе по интегративной антропологии (Белгород, 2000); Eleventh International Congress on Circumpolar Health. The Millenium Congress (Harstad, Norway, 2000); Международной конференции, посвященной 55-летию Института возрастной физиологии РАО «Физиология развития человека» (Москва, 2000); X международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2001); 39-ой Международной научно-практической конференции «Ребенок и Север» (Мурманск, 2001); XVIII съезде физиологов России (Казань, 2001); Всероссийской конференции «Современный подросток» (Москва, 2001).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 55 печатных работ, в том числе 19 статей и 32 тезисов, 3 методических пособия, монография «Особенности формирования и функциональные резервы детского организма в условиях Западной Сибири»
Работа выполнена в лаборатории функциональных резервов организма Института физиологии СО РАМН г. Новосибирска и на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Тюменского государственного университета г. Тюмени в соответствии с тематическим планом НИР ИФ СОРАМН и ТГУ в
17 рамках темы «Адаптационный потенциал человека, его связь с индивидуальным профилем функциональной межполушарной асимметрии в условиях Тюменской области» (№ госрегистрации 01.26,0009209). Исследования проводились в условиях средних и высоких широт Тюменской области в городах Тюмень, Урай, Новый Уренгой, Радужный, Пыть-Ях, в северных поселках Самбург и Уренгой и селах юга региона - Абатское, Голышманово и Ярково.
Автор считает своей обязанностью выразить глубокую признательность и благодарность доктору медицинских наук, профессору, руководителю лаборатории функциональных резервов организма Новосибирского Института физиологии СО РАМН Сергею Георгиевичу Кривощекову за осуществление руководства данной работой и постоянные научные консультации, ведущему научному сотруднику Института физиологии, доктору биологических наук, профессору Виталию Петровичу Леутину, а также преподавателям и сотрудникам кафедры анатомии и физиологии человека и животных Тюменского государственного университета за помощь и поддержку в работе. Особую благодарность выражаю своему мужу и младшему сыну Евгению, за помощь в техническом оформлении диссертации.
Современные представления о физиологических механизмах адаптации
Известно, что любое возмущающее воздействие факторов внешней среды приводит к возникновению ответных реакций со стороны функциональных систем организма, обеспечивающих сохранность гомеостаза (Давыдовский, 1962; Анохин, 1962; Слоним, 1979; Казначеев, 1980; Медведев, 1984; 1985; Агаджанян, 1984; Сороко, 1984; Газенко, Меерсон, 1986; Захаров, 1993; Агаджанян, 2001). В основе таких реакций лежит общебиологический принцип замещения функций - явление адаптации. Адаптация - одно из основных свойств живого организма. Ее проявления можно наблюдать на разных физиологических уровнях - от клеток до сложных форм поведения организма (Барбашова, 1972; Akarstedt, Gillberg, 1980; Nicogossian et aL, 1983; Симонов, 1984; Сороко, 1984; Воложин, Субботин, 1987; Колесов, Тупицын, 1987; Меерсон, Пшенникова, 1988; Кулинский, Ольховский, 1992; Bulygin, 1993; Змановский с соавт., 1996; Матюхин, Разумов, 1999). Понятие «физиологическая адаптация» сформулировано в решениях международного симпозиума «Физиологические и клинические проблемы адаптации организма человека и животных к гипоксии, гипотермии, гиподинамии и неспецифические средства восстановления» в 1979 г. Адаптация - это достижение устойчивого уровня активности функциональных систем, органов и тканей, а также механизмов управления, которые обеспечивают возможность длительной активной жизнедеятельности человека и животного, трудовой активности людей в измененных природных и социальных условиях существования и способности воспроизводства здорового потомства.
Основные механизмы адаптации детерминированы генетически, что определяет надежность и стабильность деятельности организма в неадекватных условиях среды. Неадекватными В.П.Казначеев (1980) назвал такие условия, которые в данный момент не соответствуют основным генофенотипическим свойствам биосистемы. По мнению автора, адаптация есть особая форма существования, направленная на поддержание и сохранение здоровья человека в неадекватных условиях среды.
Генетическая программа адаптации предусматривает не заранее запрограммированную реакцию, а возможность ее реализации под влиянием среды (Газенко, Меерсон, 1986; Baker, 1993). В зависимости от интенсивности, длительности и качества фактора воздействия организм мобилизует те или иные физиологические механизмы, объединяющиеся в функциональные системы, которые в случае, если изменения внешних факторов не выходят за пределы допустимых, обеспечивают жизнедеятельность и его приспособление к новым условиям (Анохин, 1962). В каждой функциональной системе выделяется физиологический результат (константа) и физиологические механизмы. Важнейшие константы организма в каждый момент существования испытывают действие различных "отклонящих факторов среды", в ответ на воздействие которых и мобилизуются физиологические механизмы. По П.К. Анохину основной принцип адаптации определяется формулой: механизмы защиты всегда больше механизмов отклонения. Срыв адаптации наступает только тогда, когда механизмы отклонений берут верх над механизмами защиты. Если привычные физиологические механизмы недостаточны для компенсации воздействия экстремальных факторов, то мобилизуются дополнительные механизмы. Такой процесс компенсации характерен для адаптации к неадекватным условиям среды. П.К. Анохин отмечает, что в адекватных условиях среды включаются мобильные и экономичные механизмы компенсации, а в неадекватных, % экстремальных - инертные и неэкономичные. Известно, что в процессе адаптации гомеостатирующие реакции как бы перемещаются в ткани и вызывают следовые реакции на клеточном уровне. А.Д. Слоним (1979) отметил, что "в процессе индивидуальной адаптации первые ее стадии связаны с образованием условных рефлексов, регулирующих вегетативные функции, а последующие - с включением гормональных звеньев и сдвигами клеточных структур". Согласно гипотезе Ф. 3. Меерсона с соавт,, (1988) разные экстремальные факторы - холод, гипоксия, физическая нагрузка и др., приводят к одному эффекту - дефициту макроэргических соединений, хотя достигается это, возможно, разными путями. Недостаток энергии сказывается на организме,
в первую очередь на функции ЦНС: возникает утомление, что приводит к нарушению адаптации организма к внешней среде. Дефицит энергии активирует генетический аппарат клеток, это приводит к усилению митохондриальной активности, и, как следствия этой активности, росту синтеза макроэргов на единицу массы ткани. Улучшение энергообеспечения усиливает биосинтез, снижает удельную нагрузку на отдельные элементы в клеточных структурах тканей и систем, доминирующих в процессе адаптации. Функционально эффект выражается в виде перекрестной адаптации или неспецифической адаптации, а морфологически - в виде перестройки структуры органов и тканей, что получило название структурного следа адаптации. Структурный след - это решающий фактор при переходе срочной адаптации в долговременную. Из этого следует, что для достижения срочной адаптации необходимо сохранить энергетический гомеостаз, а для долговременной - формирование структурного следа. Последнее может быть достигнуто как вследствие увеличения белкового синтеза, так и уменьшения к деструкции тканей свободными радикалами при достаточной мощности антиоксидантной системы организма (Меерсон, Пшенникова, 1988) Адаптационный процесс протекает в 2 этапа: 1 - срочный этап, это расшатывание старого динамического стереотипа и образование нового сочетания физиологических механизмов, то есть, формирование новой функциональной системы, приводящей к приспособлению; 2 - возникновение структурных изменений в тканях, которые увеличивают функциональные возможности системы. Срочный этап реализуется на основе готовых адаптационных механизмов, которые иногда не в полной мере обеспечивают необходимый адаптационный эффект, хотя имеющиеся функциональные системы могут функционировать в этот момент на пределе своих возможностей. При многократном или длительном воздействии новых факторов напряженность гомеостатических систем снижается, «аварийные» адаптационные сдвиги сглаживаются и переходят в долговременные структурные изменения (Агаджанян, 1988). В результате количественного накопления изменений, организм приобретает новое качество адаптированность. Такова адаптация к гипоксии, холоду, интенсивной физической работе (Деряпа, Рябинин, 1977; Марачев, 1980; Сапов, Новиков, 1984; Громыко, Прилуцкий, 1995 и др.)
Влияние условий Севера на развитие и функциональное состояние детского организма
В XX веке Сибирь и ее северные регионы, подверглись наиболее интенсивным эколого-демографическим воздействиям. Проблема сохранения здоровья детей является особенно актуальной и острой в условиях Западной Сибири, где формирование его уровня происходит под влиянием не только суровых климато-географических факторов, но и специфических социально-экономических, а также прогрессирующего загрязнения окружающей среды продуктами нефте-газодобывающей промышленности. Научная разработка мер профилактики и оздоровления требует установления причинно-следственных зависимостей между состоянием здоровья детей и факторами, его формирующими, а также ранжирования факторов по степени риска.
Исследования институтами СО РАМН механизмов острой адаптации и хронического утомления у приезжего взрослого населения выявили возникновение северного стресса, первичной клеточной травмы, эпигеномной трансляции патологий, снижение репродуктивного потенциала (Казначеев, 1996).
Согласно климатическому правилу Бергмана (Bergmann, 1847) отдача тепла организмом увеличивается по мере понижения температуры окружающей среды. Кажется очевидным, что крупные размеры тела благоприятны для теплового баланса при низкой температуре. Правило Аллена (Allen, 1960) гласит, что в пределах одного вида в условиях жаркого климата имеется тенденция к увеличению выступающих частей тела. В условиях тропиков установлено снижение массы тела и увеличение длины конечностей по сравнению с жителями высоких широт, у которых, наоборот, отмечается увеличение веса и более короткие конечности при относительно длинном туловище. Т.И. Алексеевой (1986), было введено понятие адаптивного типа, представляющего собой норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающей состояние равновесия популяций с этой средой и находящей внешнее выражение в морфофункциональных особенностях популяций. Автор считает, что если у южан корреляция межгрупповых и внутригрупповых связей имеет одинаковую направленность, то на северных территориях действуют причины, нарушающие физиологические связи между признаками. «Разрушителями» физиологических связей могут выступать как изоляция или смешение, так и климатогеографические факторы среды, под влиянием которых на протяжении истории популяции могут формироваться такие связи, которые обеспечат наибольшую устойчивость морфофункционального типа в данных условиях.
Известно, что определенное значение в характеристике строения тела имеет удельная поверхность тела, т.е. соотношение поверхности и веса тела. Если принять за эталон ее значения у жителей умеренной зоны, то у жителей тропиков эта величина несколько выше, а у северян - ниже, что позволяет им снизить теплоотдачу в условиях холодного климата.
В монографии Н, Hiernaux, 1968, цит. по: Алексеева (1986), содержащей антропологические данные для 460 африканских популяций, рассматривались вопросы климатической адаптации. Корреляция шести климатических факторов и 23 антропологических признаков оказалась очень низкой (0,2-0,3), что заставило автора усомниться в универсальности климатических правил Бергмана и Аллена и самого процесса адаптации. Литература, посвященная исследованиям процесса акклиматизации к различным условиям среды, достаточно обширна и отражена в фундаментальном труде «Экологическая физиология человека» (1980), В частности, отмечается, что сдвиг во многих физиологических процессах происходит в направлении характеристик, типичных для коренного населения тех регионов, где исследуются процессы акклиматизации. Исключение, пожалуй, составляет только уровень АД, которое в большинстве случаев повышается в начале акклиматизации, как и непосредственная реакция на ситуацию стресса.
Рассмотрение акклиматизационной изменчивости в свете теории адаптивных типов позволяет предположить, что оптимальный акклиматизационный эффект может быть достигнут при наибольшем сходстве морфофизиологических особенностей пришлого и коренного населения.
В условиях промышленных городов севера Западной Сибири детский контингент в основном представлен потомками пришлого населения, мигрировавшего в новые области промышленного освоения из юго-восточных и южных районов России и стран СНГ. Известно, что как трансконтинентальные, так и трансширотные перемещения отрицательно сказываются на функциональном состоянии организма (Матюхин с соавт., 1986; Кривощеков, Диверт, 1988; Матюхин, Разумов, 1999). Наиболее ранимыми оказываются временные адаптационные процессы, так как процесс адаптации зависит не только от внешних условий, но и от контраста между этими условиями и теми, в которых проходило формирование физиологического стереотипа человека до его переезда на Север.
По мнению британских исследователей, региональные вариации дыхательных заболеваний детей напрямую зависят от эффекта миграции в раннем детстве и всегда связаны с местом жительства (город или село). Сглаживание возникающих различий, по мнению авторов, происходит лишь к 23 годам (Strachan et al., 1990)
По данным Ю. П.Солонина (1994), жители Севера отличаются от жителей средней полосы замедленной скоростью нервных процессов, инертностью регуляции гемодинамики при физической нагрузке, худшей переносимостью аноксии, меньшими адаптационными способностями органов дыхания и кровоснабжения, сниженным уровнем физического развития, ускоренными возрастными сдвигами ряда показателей.
Некоторые исследователи, изучавшие адаптационные процессы, отмечают, что изменения в системе дыхания человека, прожившего на Севере несколько лет, соответствуют адаптации к гипоксии (Неверова, 1971; 1972; Гришин с соавт., 1998), У переехавших на Север отмечается возникновение иммунологических дисфункций» затяжной период адаптации (Кашуба, 1993), снижение неспецифической резистентности организма (Соловьев с соавт., 1993; Solovyov et al., 1993а).
В условиях Севера дополнительная нагрузка на кардиореспираторную систему приводит к гиперфункции внешнего дыхания, к повышению артериального давления, периферического сопротивления сосудов, минутного объема крови. Это, безусловно, способствует неэкономному расходованию функционального резерва организма и риску возникновения адаптационных нарушений (Змановский, 1996; Устюшин с соавт., 1997; Голикова, 1998).
Увеличение вентиляции легких, наблюдаемое в покое в теплом помещении у детей на Севере, может быть компенсаторной реакцией на устойчивый ацидотический сдвиг крови, возникающий вследствие гиповентиляции при вдыхании холодного воздуха вне помещения. Это обуславливает повышение нагрузки на сердечно-сосудистую систему, проявляемое, в частности, в повышении уровня частоты сердечных сокращений (Рощевский с соавт., 1992; 1993).
Методы исследования функциональных показателей систем кровообращения и дыхания
Настоящее исследование проведено в лаборатории функциональных резервов организма Новосибирского института физиологии СО РАМН и на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Тюменского государственного университета в детских образовательных учреждениях (ДОУ) городов и сел юга (средние широты) и севера (высокие широты) Тюменской области, в состав которой включены 2 автономных округа - Ханты-Мансийский (ХМАО) и Ямало-Ненецкий (ЯНАО), Все обследованные дети относились к славянской группе национальностей, кроме группы заполярного поселка Самбург, в которую включены коренные жители этих мест - ненцы, и были распределены по возрастно-половым группам. Возраст определялся путем сопоставления даты рождения с датой обследования. Так, например, к 8-летним относили детей от 7 лет 6 месяцев до 8 лет 5 месяцев 29 дней. Основываясь на рекомендациях Л.Н. Кретининой (1977), А.Г. Швецова с соавт. (1996), при определении возраста дошкольников использовался принцип «дробного» возраста (квартально-полугодовой), при этом, например, к 4,5-летним относили детей от 4 лет 3 месяцев до 4 лет 8 месяцев 29 дней и т. д. В период с 1996 по 2000 гг. было проведено шесть серий исследований,
В первую серию включены исследования по определению особенностей и закономерностей формирования морфофункционального статуса детского организма в экстремальных условиях окружающей среды с учетом критического периода онтогенеза. Проведено 450 обследований подростков 12 - 16 лет г. Радужного с длительным северным «стажем» (не менее 10 лет). Для изучения годичных прибавок по основным антропометрическим параметрам были обследованы одни и те же дети: 242, из них 126 мальчиков и 116 девочек-подростков в 1998 г. и 208, из них 110 мальчиков и 98 девочек в 1999 г. Во второй серии, с целью изучения влияния северного «стажа» на морфофункциональное развитие детей в условиях высоких широт обследовано 359 детей пришлого населения 9-11 лет, проживающих в условиях северного промышленного города Новый Уренгой (206 чел.) и поселка Уренгой (153 чел.). Контролем для них служили данные 140 тюменских школьников (школа № 31). Обследуемые дети были разделены на группы в зависимости от длительности проживания на Севере: 1-ая группа- от 1 года до 3 лет, 2-ая- от 4 до 6, 3-я — от 7 до 9 и более, 4-ая - дети первого поколения пришлого населения, родившиеся и выросшие на Севере.
В третьей серии исследований оценивалось физическое развитие и адаптационные возможности подростков Севера в зависимости от особенностей функциональной межполушарной асимметрии (преобладания признаков латерального фенотипа). Для этой цели в условиях заполярного поселка Самбург было обследовано 202 школьника 13-15 лет пришлого и коренного населения. Из них: 96 мальчиков и 106 девочек. Дети коренной национальности - ненцы (142 чел.) обучались и проживали в зимнее время в школе- интернате (с октября по май), остальное время они проводили в тундре (кочевали) с семьей. Русские - дети мигрантов, первое и второе поколение, родившиеся на Севере (60 чел,), проживали в поселке в семьях, обучались в том же интернате, а летние каникулы, как правило, проводили на юго-западе страны и в СНГ (Крым, Ставрополье, Украина), родине своих родителей.
В четвертую серию вошли исследования влияния усиленных занятий спортом (как минимум в течение 2-3 лет) на процессы развития и сохранение функциональных резервов организма 75 мальчиков 10-Н лет, из них 34 - из г. Урал (высокие широты), в качестве контрольных для которых служили данные 41 школьника из г. Тюмени (средние широты).
В пятой серии с целью определения влияния места проживания (город и сельская местность) на развитие и адаптационные возможности детей дошкольного и школьного возраста в условиях средних широт обследовано 510 детей дошкольного (4-6 лет) и младшего школьного возраста (8-9 лет) Из них: 123 дошкольников 4-6 лет г. Тюмени (ДОУ № 88, 113), 267 - 4,5-6,5 лет села Абатское (ДОУ № 1 и 3), по 60 школьников 8-9 лет г. Тюмени и села Голышманово. Кроме того, обследовано 235 юношей 17 лет, выпускников сельских школ Ярковского района юга Тюменской области.
В шестой серии для изучения адаптации детей к условиям разных микросоциальных сред обследовано по 50 детей 6-7-летнего возраста в начале систематического школьного обучения на базе детского сада и средней школы, территориально расположенных рядом (ДОУ № 105 и МОУ № 29), а также 175 первоклассников школы-гимназии № 49 г. Тюмени. В отдельную группу выделено 75 первоклассников 7-8 лет северных школ (№ 1, 3 ) г. Пыть-Ях, контролем для которых служили данные 103 тюменских школьников (шк. № 8).
Обследуемые были разделены на группы в зависимости от типа учебного заведения и пола детей. Основные различия между учебными заведениями заключались в содержании учебного процесса и в комплексе социально-экономических условий жизни, обучения и воспитания детей. В этой серии исследований все дети принадлежали к одной возрастной группе, но обучались в образовательных учреждениях разного типа - детском саду, средней школе, школе-гимназии и в северной школе.
В общей сложности в процессе обследования приняли участие 2424 практически здоровых детей в возрасте от 4 до 17 лет из организованных детских коллективов городов и сел, расположенных в средних и высоких широтах региона Западная Сибирь.
Формирование морфофункционального статуса организма в критическом возрастном периоде индивидуального развития
Изучение морфофизиологических параметров растущего организма в условиях адаптации к Северу является одной из актуальных задач возрастной физиологии. Особый интерес для изучения представляют дети подросткового возраста, испытавшие эффект ранней миграции на Север из областей с благоприятными климатическими условиями и находящиеся на критическом возрастном этапе индивидуального развития, когда включение половых гормонов в систему регуляции существенно воздействует на метаболизм и функциональные возможности всех органов.
С целью изучения особенностей развития и функционального состояния организма дважды обследованы одни и те же подростки в возрасте 12-16 лет из г. Радужного, ХМАО. Из них - 242 (125 мальчиков и 116 девочек) в 1998 г. и 208 (ПО мальчиков и 98 девочек) - в 1999 г. Все обследованные учились в одной школе, имели удовлетворительные условия проживания и социально-экономические условия в семье (применялся метод анкетирования и ретроспективный опрос). В школе, на базе которой проходило исследование, действуют бассейн, фито-бар, стоматологический и массажный кабинеты, работают спортивно-оздоровительные секции, проводится витаминизация питания в школьной столовой, с детьми работают психолог и логопед.
В процессе обследования дети были разделены на 3 возрастные группы: 13, 14 и 15 лет, в каждой из которых было по 2 подгруппы, в зависимости от пола. Для расчета годовых прибавок тотальных размеров тела проводилось их повторное измерение через год, для чего привлекались подростки 12 и 16 лет.
Анализ полученных данных физического развития выявил возрастно-половые различия исследуемых показателей. До 13 -летнего возраста мальчики явно отставали от своих сверстниц по основным антропометрическим показателям. Разница достоверна (р 0,05), (табл. 2).
В связи с тем, что в возрастном интервале 13-15 лет у большинства обследуемых подростков наступал второй ростовой перекрест, в 14 лет они не имели достоверных различий по основному антропометрическому признаку -длине тела, определяющему уровень физического развития, а также по ОГК (табл. 2). Различие выявлено только по массе тела: в отличие от 13-летних, 14-летние мальчики стали тяжелее девочек (Р 0,001). Между 14-ю и 15-ю годами мальчики обогнали девочек и по длине, и по массе тела, но при этом по-прежнему отставали по приросту ОГК. В 15- летнем возрасте морфологические различия в зависимости от половой принадлежности становятся высоко значимыми по росту и массе тела (р 0,001). У мальчиков - подростков происходит формирование астенического типа телосложения, характеризующегося достаточным ростом, сухощавостью, которые свойственны современным детям, проживающим в других регионах страны.
112 Оценка крепости телосложения детей после второго ростового перекреста показала, что крепким телосложением обладает лишь небольшое количество подростков Севера. Для большинства же обследуемых детей было характерно наличие слабой, или очень слабой крепости телосложения, причем, у мальчиков процент слабого типа телосложения к 15 годам остался прежним, а у девочек вырос до 56,6% (табл. 3). Годовая прибавка тотальных размеров тела в возрастном интервале от 12 до 13 лет, не различаясь по полу, была незначительной по росту, составляя в среднем 1,3 см в год. В возрастном промежутке от 13 до 14 лет наблюдался отчетливо выраженный пубертатный скачок роста, когда годовая прибавка у мальчиков составила 6,2 см (4%), а у девочек - 4 см (2%) по сравнению с предыдущим приростом. Причем такая годовая прибавка по длине тела является наиболее высокой у обследуемых детей по сравнению с другими возрастными промежутками, но гораздо меньшей по сравнению с соответствующими значениями у детей, проживающих в средних широтах (Никитюк, Чтецов, 1990). С 14 до 15 лет наблюдалось замедление темпов роста подростков до 1,2 см в год. Между 15 и 16 годами мальчики росли быстрее девочек, годовые прибавки по росту несколько возросли: до 3,6 см в год. Кроме выявленных особенностей роста тела в длину, отмечена более интенсивная прибавка по массе тела у девочек по сравнению с мальчиками. Так от 14 к 15 годам прирост массы тела девочек был в 2,5 раза больше, чем у мальчиков такого же возраста, а годовой прирост по ОГК - в 3 раза (табл. 4),
Оценка показателей динамометрии у 150 подростков 13-15 лет выявила различия, зависящие от возраста, достоверное увеличение силы мышц кистей рук отмечено только у детей 15 лет по сравнению с 13-тилетними. Между детьми 13 и 14 лет достоверных различий по величине этого параметра не установлено.
Половые различия в показателях динамометрии выявлены с 14 лет: причем, интересно то, что у мальчиков только левая рука была сильнее, чем у девочек, сила же правой руки в этом возрасте одинакова. В 15 лет - как левая, так и правая рука мальчиков сильнее девичьей. В 13-летнем возрасте достоверной разницы между мальчиками и девочками по этому показателю не установлено (табл. 5).
Сравнение между силой правой и левой руки выявило преобладание силы правой руки у 13-ти и 15-тилетних мальчиков и у 14-ти и 15-тилетних девочек. У девочек 13 лет и мальчиков 14 лет разницы в силе мышц кистей правой и левой рук не обнаружено.
![Состояние здоровья нефтяников и организации оздоровительных мероприятий в условиях северных районов Сибири [Электронный ресурс]](/i/i/4596/183349.png "Состояние здоровья нефтяников и организации оздоровительных мероприятий в условиях северных районов Сибири [Электронный ресурс] Чернова Нина Александровна")
