Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1. Общие вопросы регулирования физиологических функций и адаптации организма человека 7
1.2. Функция кардиореспираторной системы в процессе адаптации к гипоксии, гипо- и гиперкапнии 17
Глава 2. Материал и методы исследования 31
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 38
3.1. Результаты исследования показателей функции дыхания и сердечной деятельности у практически здоровых мужчин и женщин 38
3.2. Сравнительная характеристика функции КРС женщин с нормально протекающей и осложненной беременностью 58
Глава 4. Разработка информационно-обучающей системы «Гиоксия, гипо- и гиперкапния» 79
Заключение 95
Выводы 99
Практические рекомендации 101
Список литературы
- Общие вопросы регулирования физиологических функций и адаптации организма человека
- Функция кардиореспираторной системы в процессе адаптации к гипоксии, гипо- и гиперкапнии
- Результаты исследования показателей функции дыхания и сердечной деятельности у практически здоровых мужчин и женщин
- Разработка информационно-обучающей системы «Гиоксия, гипо- и гиперкапния»
Общие вопросы регулирования физиологических функций и адаптации организма человека
Известно, что любая функциональная система различного уровня организации строится по принципу саморегуляции. Отклонение результата деятельности функциональной системы от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм организма, само является важнейшим стимулом к мобилизации необходимых элементов системы для обеспечения этого результата. Это в свою очередь по принципу обратной связи активирует разнообразные процессы, охватываемые функциональной системой, направленные на восстановление оптимального уровня в конкретных условиях среды обитания (П.К.Анохин, 1988).
В нарушениях регуляции функциональных систем организма состоит характерная черта не только «крайних» патологических расстройств, но и действия неадекватных экстремальных факторов. Элемент нарушения регуляции функции является весьма существенным при различных экстремальных и патологических состояниях (Hoff, 1966; Н.М.Амосов, 1968; В.П.Казначеев с соавт., 2000; Н.А.Агаджанян с соавт., 2001, 2002). Так как важнейшим механизмом регуляции и управления в организме (в том числе и саморегуляции) являются функциональные обратные связи, то имеются основания объяснять нарушения регуляции некоторыми типовыми расстройствами сигнализации по системам обратных связей. А.А.Малиновский (1960), рассматривает патологические нарушения в организме как расстройства деятельности отрицательных, положительных и комбинированных обратных связей. В.П.Петленко (1971) в своей работе приводит данные о характерных функциональных нарушениях в условиях патологии, когда обратная связь не функционирует или реагирует слишком слабо, запаздывает или дает неверную информацию и т.д.
По мнению Г.Н.Крыжановского (1976), возможны три типа нарушений внешней регуляции: 1. Ослабление регуляторных влияний (денервация, снижение активности гуморальных влияний); 2. Извращение регуляторных воздействий, которое может быть следствием ненормальных соотношений между тканями, лишенными регуляции, и другими структурами, сохранившими нормальные регуляторные влияния; 3. Возможна дезинтеграция и растормаживание тканей, лишенных внешнего управления.
А.И.Воложин и Ю.К.Субботин (1998) рассматривают болезнь и здоровье как две стороны приспособления. В любой функциональной системе постоянными факторами регулирования являются тормозные репрессирующие механизмы контроля, которые в системе соподчиняют входящие в нее подсистемы. Эти тормозные механизмы страдают при любой патологии, так как они наиболее уязвимы. При этом возникает растормаживание активности структур и репрессированных процессов, что и обуславливает дезинтеграцию биологической системы.
Как известно, основной формой приспособления организма, как биологической системы к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды является адаптация.
Физиологическая адаптация - устойчивый уровень активности и взаимосвязи функциональных систем и механизмов управления целостного организма, обеспечивающий ему нормальную жизнедеятельность в новых условиях существования (Н.А.Агаджанян, 1978). Процесс адаптации имеет фазное развитие, состоящее из трех этапов.
Первая фаза - «аварийная» - развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора или измененных условий внешней среды. При этом в первую очередь реагируют системы кровоснабжения и дыхания. Этими реакциями управляет центральная нервная система с широким вовлечением гормональных факторов, в частности гормонов мозгового вещества надпочечника (катехоламинов), что в свою очередь сопровождается повышенным тонусом симпатической нервной системы. Вовлечение альдостерона в осуществляется посредством ренин-ангиотензинных механизмов. Они, в свою очередь связаны с симпатико-адреналовой системой и некоторыми параметрами гемодинамики и водно-солевого гомеостаза такими, как объем плазмы крови и интерстициальной жидкости, почечный кровоток и «натриевый поток» в канальцах почки (Г.П.Соколова, М.Г.Поляк, 1967, А.И.Григорьев с соавт., 1994 и др). Следствие активации симпатико-адреналовой системы являются такие сдвиги вегетативных функций, которые имеют катаболический характер и обеспечивают организм нужной ему энергией как бы в предвидении необходимых в скором будущем затрат. Эти предупредительные меры являются яркой иллюстрацией проявления «опережающего» возбуждения высших вегетативных центров.
В аварийной фазе повышенная активность вегетативных систем протекает нескоординировано. Происходит срочная мобилизация тех систем, которые могут обеспечить «защиту» организма от воздействующего фактора. Реакции генерализованы и неэкономны и часто превышают необходимый для данных условий уровень. Число измененных показателей в деятельности различных систем неоправданно велико. Управление физиологическими функциями со стороны нервной системы и гуморальных факторов недостаточно синхронизировано, вся фаза в целом представляется как попытка адаптироваться к новому фактору или к новым условиям, главным образом за счет органных и системных механизмов.
Вторая фаза - переходная к устойчивой адаптации. Она характеризуется уменьшением общей возбудимости центральной нервной системы, формированием функциональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям. Снижается интенсивность гормональных сдвигов, постепенно включается ряд систем и органов, первоначально не вовлеченных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий тканевый уровень. Гормональный фон видоизменяется, усиливают свое действие гормоны коры надпочечников.
Вслед за переходной фазой наступает третья фаза - фаза устойчивой адаптации, или резистентности. Она и является собственно адаптацией -приспособлением - и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых клеточных мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем, которые при этом могут функционировать практически в исходном режиме, тогда как тканевые процессы активизируются, обеспечивая гомеостаз, адекватный новым условиям существования.
В третьей фазе организм приобретает неспецифическую и специфическую резистентность. Управляющие механизмы в ходе третьей фазы скоординированы. Их проявление сведены к минимуму, однако в целом и эта фаза требует напряженного управления. Тем не менее, в процессе жизни организма, находящегося в фазе устойчивой адаптации, возможны отклонения: временная дезадаптация и реадаптация. Эти флюктуации связаны как индивидуальными особенностями функциональных систем организма, так и с действием различных побочных факторов.
Первое соприкосновение организма с измененными условиями или отдельными факторами вначале вызывает ориентировочную реакцию, которая затем может перейти в генерализованное возбуждение. Если раздражение достигает определенной интенсивности, это приводит к возбуждению симпатической системы и выделению адренокортикотропного гормона. Такой фон нейрорегуляторных соотношений характерен для первой фазы адаптации. На протяжении последующего периода усиленный эфферентный синтез приводит к осуществлению биологически целенаправленных защитных реакций. Гормональный фон изменяется за счет включения гипофизарно-адреналовой системы. По мере того, как суммируются эффекты действия внешних факторов, углубляются и нарастают метаболические изменения, и после аварийной и переходной фаз адаптации наступает фаза стойкой адаптации.
Функция кардиореспираторной системы в процессе адаптации к гипоксии, гипо- и гиперкапнии
Известно, что воздействие на организм того или иного фактора внешней среды имеет минимальные и максимальные границы. Жизнь возможна только внутри этих границ, а за их пределами наступают глубокие функциональные нарушения, которые могут привести к гибели организма. Внутри этих границ имеются наиболее благоприятные, но допустимые условия. Комплекс неблагоприятных факторов, влияющих на организм человека, даже при их незначительных величинах в случае длительного действия может явиться причиной существенных сдвигов в состоянии здоровья.
Адаптация к недостатку кислорода является очень сложным и многогранным процессом, в который вовлекаются практически все органы и системы организма. Насыщение артериальной крови кислородом является результирующей функцией дыхания и кровообращения. От степени насыщения артериальной крови кислородом во многом зависит напряжение кислорода в тканях, а следовательно, и нормальное течение окислительных процессов.
Кислородная емкость крови определяется количеством содержащегося в ней активного гемоглобина. Она уменьшается при различных анемиях и отравлениях некоторыми ядами, например окисью углерода, нитритами, анилином, лишающим гемоглобин способности присоединять к себе кислород и образовывать легко диссоциирующий оксигемоглобин. При отравлении угарным газом гемоглобин превращается в карбокисгемоглобин, а при отравлении нитритами и анилином образуется метгемоглобин.
Переносимость гипоксии во много зависит от функционального состояния сердечно-сосудистой системы, так как для нормального насыщения артериальной крови кислородом нужна необходимая определенная корреляция между воздухообменом и кровоснабжением легких. Нарушение нормальной корреляции между альвеолярной вентиляцией и кровоснабжением легких приводит в условиях недостатка кислорода к ухудшению оксигенации крови и развитию кислородной недостаточности. В опытах на животных показано, что при гипоксической гипоксии увеличивается давление в малом круге вследствие сужения легочных сосудов, а также увеличение минутного объема сердца (Н.Н.Сиротинин, 1957; М.Е.Маршак, 1961; Н.В.Саноцкая, 1961, 1962; С.А.Бернштейн, 1966).
Результаты ранее проведенных экспериментальных исследований и данные литературы указывают на индивидуальную реакцию органов дыхания и сердечно-сосудистой системы на недостаток кислорода. В опытах, имитирующих нарушение герметичности кабины, было показано, что первые признаки расстройств психической деятельности проявляются при снижении насыщения артериальной крови кислородом в средней до 64%, а обморочное состояние наступает при насыщении, равном 56-62% (Н.А.Агаджанян, 1972).
Ряд приспособительных реакций организма к гипоксии направлен на увеличение доставки кислорода тканям за счет повышения частоты сердечных сокращений, систолического объема, линейно скорости кровотока, изменения тонуса и оксигенации крови (Haldane, Priestlay, 1953; А.П.Апполонов, 1953; З.И.Барбашова, 1960; Н.А.Агаджанян, 1968). Имеются данные о гипоксических изменениях температуры тела (К.П.Иванов, 1968) и напряжения кислорода в головном мозге (Е.А.Коваленко, 1966), скелетной мышце (Н.В.Саноцкая, 1961) и других тканях организма (А.П.Апполонов, В.Г.Миролюбов, 1938; Н.А.Агаджанян, 1972; В.А.Березовский, 1975; А.Я.Чижов, 1977; В.Б.Малкин, 1980; Ю.В.Архипенко, 1999).
Таким образом, можно констатировать, что гипоксия -универсальный действующий фактор, и в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные механизмы к данному экстремальному фактору. Наиболее известна классификация гипоксии Дж. Баркрофта, Ван Слайка и Петерса; она включает 4 больших класса:
1. гипоксическая гипоксия - снижение содержания кислорода в атмосферном воздухе, а значит, в альвеолах и артериальной крови;
2. анемическая гипоксия - недостаток эритроцитов или гемоглобина как основного переносчика кислорода; 3. застойная, или циркуляторная, гипоксия возникающая вследствие нарушений кровообращения из-за сердечной недостаточности;
4. гистотоксическая гипоксия - блокада ферментов дыхательной цепи в тканях, в частности, конечного звена в переносе кислорода - цитохромоксидаз в результате действия ядов (цианиды).
Большой популярностью до настоящего времени пользовалась классификация, принятая на конференции в Киеве (1949).
Классификации Баркрофта - Петерса - Ван Слайка и Киевская 1949 года построены на едином принципе дефектности гемоглобина как переносчика кислорода. Действительно, аноксический (гипоксический) тип обусловлен недостаточной оксигенацией гемоглобина; анемический (гемический) - снижением концентрации гемоглобина или блокадой его, застойный (циркуляторный) - нарушением циркуляции гемоглобина; гистотоксический (тканевый) - повреждением "тканевых гемоглобинов". Простота, единство принципа обеспечили широкое распространение этих классификаций, использование их в руководствах по гипоксии и в клинической практике.
Результаты исследования показателей функции дыхания и сердечной деятельности у практически здоровых мужчин и женщин
В первой серии исследовались женщины (1 группа) и мужчины (2 группа) репродуктивного возраста без патологий кардиореспираторной системы. Проведенные исследования с использованием компьютерной спирометрии у обеих групп преследовали цель исключить легочную патологию у обследуемого контингента. Данные представлены в табл. 4.
Из данных, приведенных в табл. 4 видно, что в обеих группах обследуемых достаточно высокие показатели резервного объема выдоха и максимальной объемной скорости проходимости мелких бронхов, однако снижены показателя форсированной жизненной емкости легких, резервного объема вдоха, а также проходимости крупных и средних бронхов. Существенных различий в динамике скоростных и объемных параметров функции внешнего дыхания у двух групп обследованных выявлено не было.
В процессе исследования было выявлено, что по динамике изменения минутного объема дыхания (МОД) все обследуемые могут быть поделены на две подгруппы. У одной подгруппы обследуемых после этапа восстановления МОД был выше исходных значений (выраженная реакция), а у другой - меньше первоначальных значений (умеренная реакция).
Для более детальной сравнительной оценки воздействия сочетанного воздействия гипоксии и гиперкапнии каждая группа обследованных была разделена на две подгруппы (1а, 16, 2а, 26). В подгруппу «а» вошли лица, у которых после гипоксическо-гиперкапнической нагрузки на этапе восстановление МОД принимал значения меньше исходных, а в подгруппу «б» — лица, у которых за время восстановление МОД не успевал вернуться к исходным значениям и оставался повышенным (табл. 5, рис. 3).
За время проведения исследования показатель SDNN (рис. 5) у обследуемых подгруппы 16 практически не изменялся, а у подгруппы 1а наблюдалось его повышение (прирост составил 9%) как на этапе воздействия, так и во время восстановления. При этом, его исходные значения у женщин подгруппы 1а были на 35% выше, чем у подгруппы 16, а конечные (на этапе восстановления) - у подгруппы 1а выше на 52%, чем у 16. Достоверных различий в динамике изменения показателя SDNN у мужчин подгрупп 2а и 26 не выявлено. Исходные значения у подгруппы 2а были выше, чем у подгруппы 26 на 8%, а общий прирост у обследуемых подгрупп 2а и 26 составил 11% и 5% соответственно. Однако значения SDNN у мужчин подгруппы 26 были на протяжении всего исследования статистически достоверно (р 0,05) выше, чем у подгруппы 16, в среднем на 29%.
Показатели HR и SDNN отражают динамику среднего уровня функционирования системы кровообращения и суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения соответственно. По поведению этих показателей можно сделать вывод, что процесс адаптации к сочетанной гипоксии и гиперкапнии у обследуемых подгрупп 1а и 2а проходит быстрее, чем у подгрупп 16 и 26.
Для выявления степени влияния отделов вегетативной нервной системы на регуляцию физиологических функций у четырех подгрупп, представляло интерес рассмотреть динамику показателей АМо и RMSSD, характеризующую уровень вклада симпатического и парасимпатического отделов, соответственно, в регуляцию организма. Рис. 5. Характер изменения показателя SDNN у обследуемых на различных этапах исследования.
Начальные значения показателя АМо (рис. 6) у женщин подгруппы 16 исходно были на 44% выше, чем у подгруппы 1а, у мужчин подгруппы 26 исходные значения были выше на 35%, по сравнению с подгруппой 2а.
В процессе исследования у обследуемых подгруппы 1а значения этого показателя несколько уменьшились в начале нагрузки, а затем начали расти, и на этапе восстановления достоверно (р 0,05) увеличились на 23% по сравнению с началом воздействия. У подгруппы 16 значения АМо достоверно (р 0,05) уменьшились за период начала нагрузки по сравнению с исходными на 15%, к концу воздействия они практически приняли исходные значения и на этапе восстановления уменьшились на 8%. Показано, что у обследуемых подгруппы 2а значения этого показателя плавно уменьшались в течение времени воздействия и приняли исходные значения на этапе восстановления.
Динамика показателя RMSSD (рис. 7) на протяжении всего исследования у всех подгрупп изменялась практически одинаково (повышение во время нагрузки и возврат к исходным значениям на этапе восстановления). У обследуемых подгруппы 1а исходные значения были на 121% выше, чем у подгруппы 16, а прирост к моменту максимального воздействия у женщин подгруппы 1а составил 7%, у подгруппы 16 - 24%. Исходные значения этого показателя у мужчин подгруппы 2а были на 40% выше, чем у подгруппы 26 и на 44% выше, чем у группы 1а.
Для оценки характера влияния на вегетативную регуляцию каждого из ее звеньев, необходимо было провести корреляционный анализ между показателями SDNN, АМо и RMSSD. Коэффициенты корреляции между этими показателями отражают степень сонаправленности динамики звеньев вегетативной регуляции.
Корреляционный анализ показателей SDNN, АМо и RMSSD (рис. 8) показал, что вегетативная регуляция у подгруппы 1а заключается в выраженном влиянии симпатического звена регуляции, а у подгруппы 2а - парасимпатического. У обследуемых подгруппы 16 значения показателя SDNN в большой степени коррелируют с показателем RMSSD, что говорит о высоком влиянии у данной подгруппы парасимпатического звена на вегетативную регуляцию в целом. У мужчин подгруппы 26 коэффициенты корреляции между показателями SDNN-AMo и SDNN-RMSSD отрицательно направлены и выражаются сходными числовыми значениями (табл. 7). Это свидетельствует о равнозначной степени влияния на физиологические функции обследуемых подгруппы 26 обоих звеньев вегетативной регуляции.
Подгруппа 1а Подгруппа 16 Подгруппа 2а Подгруппа Рис. 8. Коэффициенты корреляции между показателями SDNN-AMo и SDNN-RMSSD у различных подгрупп обследуемых Исходные значения показателя pNN50 (рис. 9) у обследуемых подгруппы 1а были в 5 раз выше, чем у подгруппы 16. В ходе исследования у женщин подгруппы 1а они практически не изменялись, а у подгруппы 16 произошло их достоверное (р 0,05) повышение во время умеренного воздействия на 42%. Динамика изменения этого показателя у мужчин подгрупп 2а и 26 различалась. У обследуемых подгруппы 2а эти значения медленно возрастали во время воздействия и вернулись к исходным на этапе восстановления, а у подгруппы 26 значения pNN50 достоверно (р 0,05) понижались, что к концу нагрузки составило 40% от исходных.
Разработка информационно-обучающей системы «Гиоксия, гипо- и гиперкапния»
Глобальная информатизация общества является одной из доминирующих тенденций развития цивилизации в XXI в. Благодаря стремительному увеличению возможностей средств информатики, телекоммуникационных систем и новых информационных технологий формируется информационная среда обитания и жизнедеятельности людей, складывается информационное общество. В этом обществе для человека появляются не только принципиально новые возможности, но и возникают ранее не известные проблемы.
Усложнение индустриального производства, социальной, экономической и политической жизни, изменение динамики процессов во всех сферах деятельности человека привели, с одной стороны, к росту потребностей в знаниях, а с другой - к созданию новых средств и способов удовлетворения этих потребностей.
Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.
В информационном обществе изменятся не только производство, но и весь уклад жизни, система ценностей, возрастет значимость культурного досуга по отношению к материальным ценностям. По сравнению с индустриальным обществом, где все направлено на производство и потребление товаров, в информационном обществе производятся и потребляются интеллект, знания, что приводит к увеличению доли умственного труда. От человека потребуется способность к творчеству, возрастет спрос на знания. Материальной и технологической базой информационного общества станут различного рода системы на базе компьютерной техники и компьютерных сетей, информационной технологии, телекоммуникационной связи. Информационное общество - общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы - знаний В реальной практике развития науки и техники передовых стран в конце XX в. постепенно приобретает зримые очертания созданная теоретиками картина информационного общества. Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей, проживающих в электронных квартирах и коттеджах. Любое жилище оснащено всевозможными электронными приборами и компьютеризированными устройствами. Деятельность людей будет сосредоточена главным образом на обработке информации, а материальное производство и производство энергии будет возложено на машины.
Уже опубликован ряд фактических материалов, свидетельствующих, что это не утопия, а неизбежная реальность недалекого будущего.
Ближе всех на пути к информационному обществу стоят страны с развитой информационной индустрией, к числу которых следует отнести США, Японию, Англию, Германию, страны Западной Европы. В этих странах уже давно одним из направлений государственной политики является направление, связанное с инвестициями и поддержкой инноваций в информационную индустрию, в развитие компьютерных систем и телекоммуникаций.
Таким образом, в настоящее время большое внимание должно уделяться воспитанию подрастающего поколения в духе современных приоритетов зарождающегося информационного общества. В связи с этим, перед высшей школой ставится задача - подготовить студентов к условиям жизни и профессиональной деятельности в информационном обществе, научить их действовать в этой среде, использовать ее возможности и защищаться от негативных воздействий. Для решения этой проблемы требуется информационная ориентация системы высшего образования.
Однако многие актуальные проблемы информатизации общества практически не изучаются в системе высшего образования. Не готовятся к этим условиям и преподаватели вузов. Система подготовки и повышения квалификации профессорско-преподавательских кадров высшей школы в этом плане не отвечает современным требованиям. Этот тревожный факт должен стать объектом внимания как работников вузов, так и политиков, государственных деятелей нашей страны, поскольку качество образования - не только гуманитарная проблема, но стратегический фактор социально-экономического развития страны, обеспечения ее национальной безопасности.
Одна из причин заключается в том, что современный человек, несмотря на стремительные темпы развития информационных технологий, продолжает с упорством настаивать, что существуют вещи, которых технический прогресс никогда не коснется. В первую очередь он защищает от технического прогресса творческие сферы деятельности.
Следует отчетливо понимать, что технологии постепенно проникают в такие области деятельности, которые еще недавно казались доступными исключительно человеческому духу, в том числе деятельность педагогическую (образовательную).
Сегодня нельзя с полной уверенностью назвать сферы жизни и деятельности человека, которые рано или поздно будут автоматизированы. Человек совершенствуется вместе с технологиями, становится свободнее; техника высвобождает в его жизни место и время для более совершенных помыслов.
В этой связи информатизацию образования, по мнению Г.П.Абрамкина (1999), следует рассматривать как процесс изменения содержания, методов и организационных форм подготовки студентов на этапе перехода высшей школы к жизни в условиях информационного общества. В отечественной и в особенности зарубежной высшей школе осуществляется практический переход к образованию с использованием неограниченного доступа к информации, так как в условиях развивающегося информационного общества ограничение доступа к информации затруднено. Доступ к знаниям, накопленным человечеством, становиться неотъемлемым правом гражданина, которое обеспечивается электронными средствами массовой информации, инфраструктурой Интернет. Научить жить и работать в изменяющейся среде обитания -важнейшая из задач высшей школы. Это значит, что существующие методы и формы учебной работы должны меняться в той мере, в какой они несут на себе составляющие нового содержания обучения.
