Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время хорошо известно, что проживание в полярных и приполярных регионах можно рассматривать как жизнь при дополнительных функциональных нагрузках (Аристова В.В. с соавт., 1975; Кривощеков СТ., Охотников СВ., 2000; Crawford V. L. S. et al, 2003; Hopstock L. A. et al., 2011). При этом климатические условия Севера, такие как холод, резкие колебания атмосферного давления, повышенная влажность, высокая активность гелиокосмических факторов, резкое нарушение фотопериодичности, частые и большие нарушения в ионосфере, возрастающая к Северу напряженность и изменчивость магнитного поля Земли способствуют развитию адаптивных перестроек многих функциональных систем, формируя качественно новое состояние организма - адаптированность (Авцын А.П., Марычев А.Г., 1975; Агаджанян Н.А., 1981; Грибанов А.В., 1991; Грибанов А.В., Данилова Р.И., 1994; Кривощеков С.Г., Охотников СВ., 2000; Поскотинова Л.В., 2009; Lurie S.J., 2006; Kaiser М., 2008; Vinogradova LA. et al, 2009; Wing M.etal, 2010).
Прогнозирование состояния организма человека и популяции в целом, управление процессом адаптации требует знания динамики приспособления и многообразных вариантов раскрытия ее механизмов (Загулова Д.В., 2003; Евдокимов В.П., 2004; Поскотинова Л.В., 2009; Tsai S.Y. et al, 2012). Известно, что взаимодействие различных функциональных систем организма строится на основе нескольких принципов - иерархии, мультипараметрического и последовательного взаимодействия, системогенеза и системного квантования процессов жизнедеятельности. Принцип иерархии заключается в том, что в каждый данный момент времени деятельности организма определяется доминирующая в плане выживаемости или адаптации к внешней среде функциональная система. Другие функциональные системы обеспечивают деятельность доминирующей функциональной системы или тормозятся (Судаков К.В., 2008). Кроме того, функциональное состояние организма зависит от эффективности механизмов межмолекулярного переноса электронов и путей превращения энергии возбужденных молекул в энергию их продуктов, ценность которой тем выше, чем меньше доля связанной энергии (Самойлов В.О., 2007; Коротков К.Г., 2007).
Важную роль в адаптивных перестройках играет система потребления и транспорта кислорода, ответственная за кислородный режим организма деятельность, которой чаще всего становится фактором, лимитирующим развитие приспособительных реакций организма к различным условиям внешней среды (Меерсон Ф.З., 1978; Тупицын И.О., 1986; Бартош О.П. с соавт., 2004; Гудков А.Б. с соавт., 2009).
Несмотря на недостаточно изученный механизм адаптивных реакций, можно считать установленными особенности функционирования кардиореспираторной системы у здорового взрослого человека в Северо-Арктическом регионе (Неверова Н.П. с соавт., 1972; ДеряпаН.Р., Рябинин И.Ф., 1977; Андронова Т.И. с соавт., 1982; Кривощеков С.Г., Охотников СВ., 2000;
Евдокимов В.Г., 2004; Белобородов Г.С., 2004; Бартош О.П., 2004; Логинова ТА., 2006; А.Б. Гудков, 2009; Поскотинова Л.В., 2009; Lurie S.J., 2006). Вместе с тем до сих пор остается практически не освещенным вопрос о сезонных изменениях показателей функционального состояния системы потребления и транспорта кислорода, об особенностях их взаимоотношений. Кроме того, отсутствуют данные о циркадных и инфрадианных ритмах этих показателей и их изменения в различные сезоны года в приполярных условиях.
Исходя из этого, исследования хронофизиологических изменений у молодых людей, проживающих в приарктическом регионе, являются весьма актуальными, как с теоретических, так и с практических позиций.
Цель исследования: установить особенности хронофизиологических изменений функционального состояния организма молодых людей в условиях приполярного региона.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Выявить особенности психоэмоционального состояния, вегетативной регуляции, функционирования центральной и мозговой гемодинамики, изменения респираторных показателей у молодых людей в различные периоды года.
-
Изучить сезонные взаимоотношения показателей кардиореспираторной системы у юношей в условиях циркумполярного региона.
-
Исследовать закономерности энергетических процессов в организме в разных условиях среды в высоких широтах.
-
Определить сезонные закономерности перестройки циркадных и инфрадианных ритмов гемодинамических показателей у студентов в покое и в условиях функциональной нагрузки в приполярном регионе.
-
Выяснить влияние искусственного смещения времени на инфрадианные ритмы гемодинамических показателей в осенний и весенний периоды года в условиях высоких широт.
Концепция. Хронофизиологическая диагностика функционального состояния организма в различных экологических условиях является наиболее информативной в оценке и расшифровке физиологических механизмов адаптации и срыва компенсаторно-приспособительных реакций. У жителей приполярного региона сезонные флуктуации со стороны внешней среды сопровождаются функциональной перестройкой кардиореспираторной системы. Для сохранения стабильности внутренней среды организм стремится синхронизировать свои внутренние процессы с внешними, оптимально реагируя на непредвиденные колебания окружающей среды. В первую очередь внешние влияния отражаются на временных структурах организма, перестройка которых влияет на диапазон варьирования функций различных органов и систем. Временные структуры играют роль условного рефлекса, опережающе отражая действительность, заранее способствуя изменениям на органном уровне для успешной адаптации организма к изменениям внешней среды.
Положения, выносимые на защиту. 1. Сезонные флуктуации в приарктическом регионе вызывают внутрисистемные изменения в
кардиореспираторной системе, проявляющиеся в смене доминирующей функциональной системы. 2. На начальной стадии адаптивных изменений в период «биологической полярной ночи» происходит снижение энтропии, и как следствие, увеличение доли свободной энергии в организме, необходимой для сохранения функциональной стабильности. Значительный рост энтропии в весенний период года указывает на выраженное напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов. 3. Рассогласование временной организации в психоэмоциональной сфере отмечено в период «биологической полярной ночи». Вариабельность в циркадных и инфрадианных ритмах гемодинамических показателей наблюдается от осеннего к другим сезонам года. 4. Смещение времени оказывает выраженное влияние на временную структуру инфрадианного ритма и является значимой нагрузкой для организма, как осенью, так и весной, вызывая сдвиг акрофаз гемодинамических показателей на начало учебной недели, изменяя фазовые характеристики колебательного процесса и способствуя нарушению его синхронизации.
Научная новизна исследования. Впервые выявлено, что в осенний период года в приарктическом регионе внутрисистемные взаимоотношения кардиореспираторной системы характеризуются ведущей ролью центральной гемодинамики. Зимой и весной доминирующее влияние наблюдается со стороны вегетативной нервной системы, а летом - отмечена максимальная активность системы мозгового кровотока. В зимне-весенний период года организм молодых людей в естественном состоянии испытывает напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов кардиореспираторной системы, уменьшение их функциональных возможностей, снижение эффективности газообменных процессов. Установлено увеличение уровня личностной и ситуативной тревожности, снижение активности и настроения на фоне повышения агрессивных личностных проявлений в период минимальной (декабрь) и максимальной (июнь) световой активности. На начальной стадии компенсаторно-приспособительных изменений к зимнему периоду года происходит возрастание доли свободной энергии в организме, что дает возможность сохранить адаптивные резервы организма. Значительное возрастание доли связанной энергии к весеннему периоду года в условиях приполярного региона, о чем свидетельствует рост энтропии, указывает на снижение энергетического потенциала организма. Увеличение амплитуды гемодинамических показателей при минимальных значениях мезора циркадного и инфрадианного ритма указывает на начальную стадию функционального напряжения в организме. Рост мезора и снижение амплитуды при смещении акрофаз гемодинамических показателей циркадных ритмов на раннее утро, а инфрадианных ритмов - на начало недели, свидетельствует о значительном напряжении компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы. В весенний сезон года относительно осени как до, так и после смещения времени наблюдается более выраженный функциональный отклик на экзогенный цикл, что отражается во временных структурах организма ростом мезора и амплитуды.
Теоретическая значимость работы. Полученные результаты исследования, разработанные подходы и методы имеют важное теоретическое и методическое значение для экологической физиологии. Так, установленные изменения внутрисистемной организации кардиореспираторной системы у юношей при компенсаторно-приспособительных реакциях в различные сезоны года в эколого-климатических условиях Севера дополняют один из разделов экологической физиологии.
Выявленное изменение временной структуры гемодинамических показателей при адаптивных сезонных процессах дает возможность прогнозировать развитие негативных функциональных изменений у жителей высоких широт.
Результаты исследования энергоэмиссионных процессов в течение года у жителей приполярного региона расширяют научные знания по разделу адаптационной физиологии человека.
Выявленные особенности временной организации ритмических процессов при искусственном смещении время-фактора в осенний и весенний периоды дополняют научные знания по разделу физиологии перемещений человека.
Научно-практическая значимость исследования и внедрения. Полученные данные дополняют современные представления о сезонной динамике адаптивных перестроек в деятельности систем кровообращения и дыхания, изменении сезонной структурированности и ритмообразования в функциональных системах человека в условиях высоких широт и вносят вклад в экологическую и возрастную физиологию.
Результаты исследования могут быть использованы при планировании учебной нагрузки в высших учебных заведениях для профилактики дизадаптационных нарушений, при прогнозировании возможных проявлений десинхроноза, как формы хронофизиологического утомления, в организации учебно-тренировочного процесса спортсменов различных спортивных специализаций.
Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре физиологии и патологии развития человека в Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова (акт внедрения от 02.04.2012), кафедре гигиены и медицинской экологии в Северном государственном медицинском университете (акт внедрения от 02.04.2012), при планировании учебно-тренировочного процесса сборных команд г.Архангельска и Архангельской области (акт внедрения от 02.04.2012; акт внедрения от 28.08.2012).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Образование в России: медико-психологический аспект» (Калуга, 2003); 8-й Межуниверситетской научно-методической конференции с международным участием «Организация и методика учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов
риска, экологической безопасности и управления рисками (Пенза, 2004); Международных научно-практических конференциях «Физическая культура, спорт и туризм. Интеграционные процессы науки и практики (Орел, 2006, 2007, 2009, 2011); X, XI, XV Международных научных конгрессах по ГРВ Биоэлектрографии: Наука. Информация. Сознание (С.-Петербург, 2006, 2007, 2011); Scientific-practical conference «Physical culture and sport as a factor of health and well-being» (Murmansk, 2006); Международных научно-практических конференциях «Восстановительная медицина, физическая культура, спорт и здоровье нации в XXI веке» (Архангельск, 2007, 2008); Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов «Физическая культура и здоровье студентов» (Архангельск, 2007); Международной научно-практической конференции «Здоровьесберегающие технологии в образовательном процессе: проблемы и перспективы» (Пенза, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье, физическое развитие и образование, проблемы и перспективы» (Екатеринбург, 2007); Международной научно-практической конференции «Физическое здоровье и спорт, образование и научные исследования на Севере» (Архангельск, 2007); Международном Конгрессе «Стратегия развития спорта для всех и законодательные основы физической культуры и спорта в странах СНГ» (Кишинев, 2008); Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и развитие физической культуры и спорта», посвященной 60-летию факультета физической культуры Поморского государственного университета (Архангельск, 2008); X Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке. Инновационные технологии в биологии и медицине» (Москва, 2009); IV Международной научно-практической конференции «Развитие науки на родине М.В. Ломоносова» (Архангельск, 2011); на сессии Института медико-биологических исследований САФУ имени М.В. Ломоносова, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (Архангельск, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 43 печатных работы, в том числе 15 статей в ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК РФ, и 2 монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 330 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа иллюстрирована 27 таблицами и 75 рисунками, библиографический указатель литературы включает 651 источник (492 - отечественных и 159 - иностранных).
