Введение к работе
Актуальность проблемы.
К настоящему времени накоплен обширный материал о влиянии естественных факторов внешней среды на состояние здорового и больного организма. Эти факторы (солнечная активность, геомагнитные возмущения, метеорологические факторы) действуют на разные иерархические уровни системной организации организма, затрагивая состояние основных физиологических систем - нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, кроветворной и др. (Н.И.Моисеева,1992; В.Г.Сидякин и соав., 1985-1992; Н.А.Темурьянц и соав., 1985-1994; Л.П.Агулова, 1992; Л.П.Пономарева, 1990; Н.А.Агаджанян, 1995; N.Kacergiene, 1985-1995; E.Stoupel и соав., 1995)
Последние годы характеризуются общим ухудшением экологической обстановки, связанным с химическим и физическим загрязнением окружающей среды. К физическому загрязнению относятся, в частности, промышленные электромагнитные поля разных частотных диапазонов, с которыми человек сталкивается повсеместно (на производстве, в быту, на транспорте). Уровень этих полей в больших городах настолько высок, что превышает по амплитуде самые сильные геомагнитные бури. 8 этих условиях актуальным становится выяснение роли комплексного влияния естественных физических факторов при оценке состояния здоровья организма.
Среди физических факторов, влияющих на организм, важное значение имеют электромагнитные поля сверхнизких частот: с полями этого частотного диапазона связывают влияние естественных геомагнитных возмущений на организм, электромагнитные поля этого диапазона применяются в медицинской магнитотерапии, антропогенные поля низких и сверхнизких частот обладают повреждающим действием (В.Г.Сидякин, 1992; Ю.В.Малков, 1992; Н.А.Темурьянц, 1994; Б.М.Владимирский, 1995; С.Э.Шноль и соав., 1992, 1995, 1996; Ю.А.Холодов, 1980-1995)
В большинстве работ изучалось воздействие факторов внешней среды на взрослый организм. Работы, посвященные детскому возрасту, малочисленны, хотя именно на ранних этапах развития организма описаны критические периоды, наиболее чувствительные к внешним воздействиям и в значительной мере определяющие дальнейшее развитие организма (антенатальный период, период новорожден-ности, ранний возраст и др.). (В.Г.Светлов, 1959; Г.В.Яцык, 1992; Р.В.Тонкова-Ямпольская, 1982, 1995, 1996 и др.). Кроме того, в большинстве работ исследовалось влияние внешних факторов на организм либо в определенном возрасте, либо в определенном возрастном диапазоне. Практически отсутствуют работы, посвященные влиянию естественных физических факторов внешней среды на процесс возрастного изменения различных физиологических показателей организма человека.
Информативным тестом оценки состояния организма в различных условиях среды обитания может служить ферментный статус лейкоцитов периферической крови (ФСЛ), который является фенотипической характеристикой организма и определяется возрастом индивидуума (Р.П.Нарциссов, 1970-1995; И.А.Комиссарова,
1983; В.М.Шищенко, 1988). ФСЛ позволяет оценить тканевое дыхание и степень гипоксии в клинике и эксперименте; отражает уровень метаболизма в тканях внутренних органов; определяет течение и исход бактериальной и вирусной инфекции, аллергической реакции, вакцинации; позволяет оценить состояние процессов терморегуляции организма; дает возможность поставить прогноз развития ребенка; позволяет оценить эффективность различных видов лечения (З.Н.Духова,1976; А.А.Гайтиноаа, 1994; Г.Ф.Суслова, 1991; Н.М.Мамедалиева, 1994; Р.К.Катосова, 1975; Э.Ф.Хелленов, 1993; С.Н.Вахромеева, 1995; В.М.Шищенко, 1988; Л.П.Пономарева, 1990; Л.И.Медведева, 1994; С.И.Малявская, 1995; А.М.Караман, 1991; А.Валюлис, 1993; Р.Т.Мекенбаева, 1994; Л.Б.Аль-Згул, 1995; Ю.А.Комах, 1995; СА.Колесников, 1996).
Диагностическая информативность ферментного статуса лимфоцитов отражает более высокие уровни биологической организации, что дает возможность оценить показатели жизнестойкости - устойчивость к внешним воздействиям и ожидаемую продолжительность жизни на момент обследования (Р.П.Нарциссов, 1993, Р.П.Нарциссов и соавт, 1995). Оценить ферментный статус можно непосредственно определяя активность ферментов клеток крови, а также опосредованно, исследуя другие уровни биологической организации, и, в частности, анализируя течение процессов терморегуляции (М.Н.Кузнецова, 1994; Ю.Ф.Змановский и соавт., 1996). Состояние системы терморегуляции, также как и состояние ферментного статуса клеток крови, отражает, в конечном итоге, состояние здоровья индивида, степень адаптированности к различным экзо- и эндогенным воздействиям.
Цель исследования:
Изучить влияние природных физических факторов (гелиогеофизических и метеорологических) на ферментный статус лейкоцитов и состояние системы терморегуляции в процессе развития организма человека, создать систему математических алгоритмов для оценки влияния естественных и антропогенных физических факторов, разработать способы оптимизации восприятия организмом различных физических воздействий.
Задачи исследования:
-
Изучить влияние комплекса гелиогеофизических и метеорологических факторов на возрастную динамику ферментного статуса клеток крови у детей с периода новорожденное до 13 лет.
-
Исследовать влияние гелиогеофизических и метеорологических факторов на процессы терморегуляции растущего организма.
-
Оценить влияние естественных физических факторов на возрастную динамику ферментного статуса лейкоцитов мужчин и женщин.
-
Выявить особенности изменения ферментного статуса лейкоцитов под влиянием факторов внешней сред^ в процессе физиологически протекающей беременности.
-
Проанализировать влияние естественных физических факторов на формирование индивидуальных биологических ритмов ферментного статуса лейкоцитов де-
тей и взрослых, создать математические алгоритмы для оценки возрастных нормативов цитохимических показателей с учетом физических условий среды обитания.
-
В условиях эксперимента создать модели влияния отдельных факторов, имитирующих естественные и антропогенные физические воздействия, на ферментный статус клеток крови и активность ферментов внутренних органов.
-
Разработать систему оценки действия факторов различного генеза (магнитотерапия, лазеротерапия, лекарственные препараты) на модели ферментного статуса лейкоцитов в пробе in vi'tro.
-
Оценить влияние физиологических регуляторов (кофакторов и субстратов) на восприятие организмом природных и антропогенных физических воздействий.
Научная новизна.
В работе зпервые показано, что гелиогеофизические и метеорологические факторы модулируют ферментный статус лейкоцитов детей и взрослых, а совместное влияние естественных физических факторов приводит к кратковременной изменчивости онтогенетических констант. Реакция ФСЛ организма на физические факторы различна у лиц разного возраста, пола и связана с состоянием их здоровья. Уровень цитохимических показателей на день обследования зависит от состояния внешней среды на протяжении б предшествующих дней.
Одно и то же по интенсивности физическое воздействие (геомагнитное возмущение, перепад атмосферного давления и др.) имеет различный эффект последействия, который зависит от фазы 11-яетнего цикла солнечной активности и сезона года, а также определяется возрастом, полом и состоянием здоровья индивидуума. Реакция организма на природное явление складывается из ответных реакций на гелиогеофизические и климатические факторы. Эти реакции могут усиливаться или ослабляться в зависимости от сочетаний действующих факторов.
В работе впервые показано, что у детей на стадии интенсивного роста (в возрасте до 5 лет) небольшие возмущения естественных физических факторов вызывают активацию энергетического обмена, что способствует ускорению физиологически протекающего морфогенеза. Аналогичные воздействия вызывают у организма на стадии морфофункциональной зрелости (25 - 35 лет) ответ наименьшей выраженности. В среднем и старшем возрасте чувствительность к воздействиям вновь возрастает, но, в отличие от детей раннего возраста, может принимать характер патологического ответа.
Антенатальный период характеризуется повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что проявляется в пролонгированном характере ответа. Естественные физические факторы в этот период определяют на 10-20% константы онтогенетических кривых ферментного статуса лейкоцитов на протяжении первых 13 лет жизни.
Любой из факторов (искусственное электромагнитное воздействие, близкое к естественным возмущениям, изменение уровня атмосферного давления), выделенный из сложного природного воздействия, в условиях строго контролируемого эксперимента, способен вызвать у животных многодневные изменения ферментного статуса лейкоцитов и активности ферментов в тканях внутренних органов. Измене-
Л-
ния в клетках крови опережают изменения в тканях внутренних органов (миокарде, печени) и скелетных мышцах.
В условиях эксперимента впервые показано, что изолированное воздействие физического фактора (видимого монохроматического света, низкочастотного импульсного электромагнитного поля) способно изменять ферментный статус как выделенных из организма клеток, так и клеток в организме. Изменения выделенных из организма клеток (in vitro), происходящие под действием фактора, и исходное состояние клеток (in vivo) позволяют прогнозировать ответную реакцию организма на воздействие. Действие физических факторов на клетки прямое, а на уровне организма модулируется регуляторными системами и взаимодействием клеток. Действие физических факторов in vitro и in vivo проявляется в течение нескольких десятков минут и соответствует по продолжительности действию кофакторов и субстратов, модулирующих метаболизм клеток.
В работе доказано, что сдвиги ферментного статуса клеток, даже при значительных изменениях физических параметров внешней среды, у здоровых людей разного возраста и у женщин с физиологически протекающей беременностью носят приспособительный характер и не требуют коррекции. У пациентов с отклонениями здоровья и у женщин с осложненной беременностью (угроза прерывания, гестозы) необходима метаболическая коррекция возникающих сдвигов ферментного статуса клеток метаболическими препаратами - субстратами и кофакторами обмена веществ.
Практическое значение работы.
В результате исследования создана компьютерная программа для оценки индивидуальной устойчивости организма к естественным физическим факторам (солнечная активность, геомагнитная возмущенность, атмосферное давление, температура, влажность, продолжительность светового дня). Математические алгоритмы, лежащие в основе программы, позволяют создать нормативы цитохимических анализов для каждого дня календарного года. На их основе можно составить нормативы для любого природного региона, исходя из того, что естественные физические параметры внешней среды связаны с его географическим положением. Учитывая изменения физических параметров внешней среды, можно прогнозировать состояние ферментного статуса клеток и, соответственно, прогнозировать устойчивость организма к внешним экзо- и эндогенным воздействиям.
На основе прогноза индивидуальной устойчивости выявляются неблагоприятные периоды развития организма. Учитывая это, можно рекомендовать более оптимальные сроки проведения профилактических мероприятий для детей и взрослых, выбирать индивидуальные благоприятные периоды для плановых операций и профилактических прививок.
В работе созданы математические алгоритмы, позволяющие оценить состояние ферментного статуса лейкоцитов по показателям кожно-температурной реакции на холодовую пробу, что позволяет рекомендовать этот доступный метод неинвазив-ной диагностики для широкого применения в детских дошкольных учреждениях.
Разработана тест-система оценки in vitro эффективности медикаментозного и физиотерапевтического воздействий (лазеротерапия, магнитотерапия), позволяющая определить уровень индивидуальной чувствительности к выбранному методу лечения.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Естественные физические факторы внешней среды влияют на константы возрастной динамики ферментного статуса лейкоцитов периферической крови и определяют от 10 до 20 % изменчивости цитохимических показателей.
-
Реакция организма на факторы внешней среды зависит от возраста, пола и состояния здоровья индивидуума.
-
Естественные физические факторы влияют на индивидуальные биологические ритмы изменчивости ферментного статуса у детей и взрослых.
-
Степень влияния различных физических факторов на организм можно оценить с помощью ферментного статуса лейкоцитов в пробе in vitro.
-
Неблагоприятное влияние физических факторов внешней среды, как естественного, так и антропогенного происхождения можно уменьшить с помощью кофакторов и субстратов (рибофлавинмононуклеотида, липоевой кислоты, лимонтара).
Апробация работы.
Основные положения диссертационного исследования были представлены в виде публикаций и докладов на научно-практической конференции "Пути оптимизации реакции организма на внешние климатические факторы" (Владивосток, 1989); на республиканской конференции "Теоретические и прикладные аспекты молекулярной биологии" (Москва, 1989); 12 Интернациональном конгрессе по биометеорологии (Вена, 1990); первом интернациональном конгрессе "Геокосмические взаимодействия" (Амстердам, 1989); Всесоюзной конференции "Система терморегуляции при адаптации организма к факторам внешней среды" (Новосибирск, 1990); на республиканской научно-практической конференции "Проблемы медицинской экологии и здоровья детей и подростков" (Владивосток, 1991); рабочем совещании "Применение янтарной кислоты в медицине, микробиологии и растениеводстве" (Пущино, 1992); Международных научно-практических конференциях "Традиционные и нетрадиционные методы оздоровления детей" (Дубна, 1992, 1994); "Первом национальном конгрессе по профилактической медицине" (С.-Петербург, 1994); на V и VII Всесоюзных симпозиумах "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 1988, 1994); на 2-м симпозиуме "Неинвазивные методы диагностики" (Москва, 1995); на Международной конференции по проблемам геокосмоса (С.-Петербург, 1996); на 4-м международном симпозиуме "Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофи-зическими факторами" (Пущино, 1996); на научно-практической конференции "Дети на Севере: защита, выживание и развитие в условиях экстремальной Среды" (Москва, 1996).
По теме диссертационного исследования опубликовано 54 работы.
Внедрение в практику.
Разработанная компьютерная программа оценки индивидуальной устойчивости к внешним воздействиям внедрена в поликлинике и различных клинических подразделениях НИИ педиатрии РДМН, в Центральном институте травматологии и ортопедии имени Н.Н.Приорова, в МНТК "Микрохирургия глаза", в Краснодарском медицинском институте, на кафедре детских болезней Архангельского медицинского института, в школе-интернате и поликлиниках г.Нарьян-Мара.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 321 страницах машинописного текста, иллюстрирована 89 рисунками и 67 таблицами, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 11 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Библиографический указатель содержит 345 источников, из которых 263 отечественных и 82 иностранных авторов.