WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физиологические ритмы при перемещении человека в условия высокогорья и пустыни

Автореферат докторской диссертации по биологии

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
 

Федорова Ольга Игоревна

Физиологические ритмы при перемещении человека в условия высокогорья и пустыни

03.03.01 - физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск - 2011


Работа выполнена на кафедре зоологии и физиологии

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Алтайский государственный

университет» (г. Барнаул)

Научный консультант:          д.м.н., профессор Сергей Георгиевич Кривощеков

Официальные оппоненты:      д.м.н., профессор Ендропов Олег Васильевич

д.м.н., профессор Власов Юрий Александрович

д.м.н., Даниленко Константин Васильевич

Ведущая организация:          Федеральное государственное бюджетное образо-

вательное учреждение высшего профессионально­го образования «Ульяновский государственный университет» (г. Ульяновск)

Защита диссертации состоится_____________ 2011 г. в______ час на за­

седании диссертационного совета Д. 001.014.01 в НИИ физиологии СО РАМН

(630117, г. Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 4, тел.: (383)3348961, факс

(383) 3359754).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ физиологии СО РАМН.

Автореферат разослан "___ "_______________ г.


Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н.


И.И. Бузуева


Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В 1960 г. Ю. Ашофф предположил, что из­менения в «уровне возбуждения» (общей активности) организма могут индуци­ровать изменения в циркадных ритмах, а разработка проблемы взаимосвязи между функциональным состоянием и характером циркадианной ритмичности является актуальным направлением хронобиологии (Turek F.W, 1989; Агаджа-нян. H.A. с соавт., 1998; Weibel L. е.а., 2002; Sage D. е.а., 2004). Гипотеза Ю. Ашоффа неоднократно подтверждалась при исследованиях человека и живот­ных в лабораторных условиях (Zacharska-Markiewiez К. е.а., 1988; Сорокин A.A. с соавт., 1990; Мошкин М.П., 1992; Баженов Ю.И., 1994; Арушанян Э.Б., 1999; Duffy J.F., Dijk D.-J., 2002).

Изменения хроноструктуры физиологических функций наблюдались при трансмеридианном (запад-^восток) перемещении человека в новые условия природной среды при значительном сдвиге фазы внешних времязадателей (Мошкин М.П. с соавт., 1979; Матюхин В.А., Кривощеков С.Г., Демин Д.В., 1986; Матюхин В.А., Путилов A.A., 1989; Ежов С.Н., 2005; Пацевич Ю.Л., Салюк В.И., 2008). Однако и трансширотные (север-^юг) перемещения, при которых свойства датчиков времени существенно не изменяются, также сопровождают­ся изменениями хроноструктурной организованности (Колпаков В.В., 1983; Матюхин В.А. и др., 1986; Степанова СИ., 1986; Слоним А.Д., 1987; Заслав­ская P.M. с соавт., 1997; Агаджанян H.A. с соавт., 1998; Кривощеков С.Г., Охотников СВ., 2000; Кривощеков С.Г. и др., 2003). Вопрос о хронобиологиче-ских изменениях, возникающих при функциональных напряжениях во время воздействия на организм стрессирующих факторов среды и адаптивном изме­нении биосистем, и в том числе организма человека, недостаточно хорошо изу­чен. В частности, изменению мезоров суточных ритмов, отражающих наиболее вероятный уровень физиологических функций в новых условиях, не уделялось должного внимания. Количество данных о характере первичных биоритмоло­гических реакций в ответ на воздействие высокогорной гипоксии и природной гипертермии ограничено, а результаты выполненных работ не вполне удовлетво­рительны, поскольку физиологические параметры контролировались эпизодиче­ски, в разное время случайно выбранных суток (Новожилов Г.Н., Ломов О.П., 1987; Тигранян P.A. с соавт., 1990; Заславская P.M. с соавт., 1997). Вследствие этого, существует недостаточная или противоречивая информация об эволюции функционального состояния в начальный период действия новых природных условий. Отсутствуют данные о восстановлении биоритмологических характе­ристик при возвращении в привычные условия (реакклиматизации) после воз­действия высокогорной гипоксии и природной гипертермии.

Несмотря на то, что в литературе накоплено достаточно много фактов, ка­сающихся биологической изменчивости параметров циркадианных ритмов -мезоров, акрофаз и амплитуд (Чибисов СМ. с соавт., 1994; Алпатов A.M., 2000; Айзман Р.И., 2001; Бородин Ю.И. с соавт., 2002; Хетагурова Л.Г. с соавт., 2005; Фатеева Н.М., Абубакирова О.Ю., 2006, 2008; Даниленко К.В., 2009), до на­стоящего времени не предложено теоретической модели, описывающей зако­номерности перенастройки ритмических процессов в разных частотных диапа­зонах для отдельных систем организма при стрессогенном воздействии внешних

3


факторов, не затрагивающих состояние главного ритмозадателя - циклов суточ­ной освещенности. Подобная модель, описывающая межпараметрические разли­чия фазовой изменчивости циркадианных ритмов в обычных (хронодинамич-ность) и субэкстремальных (хронорезистентность) условиях, принципиальные закономерности и факторы изменчивости циркадианных амплитуд позволила бы определить физиологические границы ритмопреобразования и расширила суще­ствующие представления о характере биоритмологических нарушений.

Из литературы известно, что стрессовое воздействие приводит к наруше­нию влияния центрального осциллятора на течение биологических ритмов и последующему их выходу из под синхронизирующего контроля главного пейс-мекера (Лурье СБ., 1990; Мошкин М.П., 1992; Meerlo Р. е.а., 1997; Weibel L. е.а., 2002; Попов A.B., Арушанян Э.Б., 2005). Наиболее часто авторы сообщают о прямой связи между уровнем стрессированности и нарушением хронострук-турной организованности (Мельников В.Н., 1984; Макаров В.И., 1989; Мош­кин М.П., 1992; Арушанян Э.Б., Бейер Э.В., 1998). С другой стороны, показано, что некоторый критический уровень глюкокортикостероидов в крови способст­вует стабилизации циркадных ритмов (Colguhaim W., Condon R., 1981).

В случаях, когда внешние или внутренние флуктуации нарушают стабиль­ность биорезонансных процессов, происходит динамическое изменение сопут­ствующих суточному ритму высокочастотных гармоник (Daan S., Aschoff J., 1982; Gerkema M.P. e.a., 1990). Отдельные физиологические функции регули­руются разными осцилляторными подсистемами, которые сами управляют по­ступлением энергии от внутреннего или внешнего источника и осуществляют ее перераспределение между ритмами разных частот (Путилов A.A., 1989). По­этому при внешних воздействиях, при изменении функционального состояния можно ожидать появление различных типов колебательных процессов для от­дельных физиологических параметров. Однако на сегодняшний день это явля­ется лишь гипотезой, требующей проверки.

Проведенные к настоящему времени исследования по изучению хроност-руктуры физиологических функций при адаптации человека к высокогорной гипоксии (Окунева Г.Н. с соавт., 1987; Соломко А.П., 1989; Черноок Т.Б. с со-авт., 1990; Максимов А.Л. с соавт., 1990; Домияров СБ. с соавт., 1991) и усло­виям природной гипертермии (Отрепков П.С, 1986; Фрейнк А.И. с соавт., 1987) не позволяют ответить на ключевой вопрос: «В чем заключается специфика ритмопреобразования после перемещения человека в субэкстремальные усло­вия высокогорья или пустыни?».

Цель настоящего исследования: выявление общих и специфических харак­теристик ритмов физиологических функций в инфра- и ультра-циркадианном частотных диапазонах у человека при действии условий высокогорья и пустыни.

Задачи работы:

1) определить типы переходной динамики физиологических функций по­сле перемещения здоровых лиц в регионы с резко измененными геофизически­ми условиями высокогорья и пустыни и при реадаптации в домашних условиях на основе анализа мезоров циркадианных ритмов показателей основных висце­ральных систем (дыхания, сердечно-сосудистой, терморегуляции, эндокринной, минерального обмена);

4


  1. изучить частотно-амплитудные характеристики физиологических функ­ций в инфра- и ультра-циркадианном частотных диапазонах в разных условиях среды;
  2. выделить константные и пластичные циркадианные ритмы по показате­лям вариабельности акрофаз и оценить межпараметрическую фазовую согласо­ванность в обычных и субэкстремальных условиях среды;
  3. выявить закономерности влияния внешних (температура среды) и внут­ренних (среднесуточный уровень физиологических функций, концентрация кортизола в плазме) факторов на хроноструктуру физиологических ритмов.

Работа проводилась на кафедре физиологии человека и животных Алтай­ского государственного университета в соответствии с тематическим планом госбюджетных НИР (№01.91.0054764) и была поддержана грантами Госкоми­тета РФ по высшему образованию «Биоритмологические аспекты адаптации че­ловека к средовым факторам» (№01.91.0054764 - 1991 г.), «Циркадианная систе­ма человека в субэкстремальных условиях среды (№01.93.0054759 - 1993 г.), «Ритмогенез и ритмопреобразование физиологических функций при адаптивном поведении биосистем» (№01.2.00309687 - 2003 г.), грантом Федеральной целе­вой программы Минобразования «Валеология» «Хронобиологические механиз­мы адаптации человека к экстремальным факторам природной среды в зависи­мости от индивидуально-типологических свойств организма» (№01.99.0011285 -1999 г.).

Научная новизна. Впервые с позиций теории управления систем проана­лизированы типы переходной динамики физиологических функций (по данным мезоров суточных ритмов параметров гемодинамики, вариабильности сердеч­ного ритма, дыхания, теплового и водно-солевого состояния) и проведена клас­сификация переходных процессов при 2-недельном воздействии гипоксических и высокотемпературных условий среды. Проведено сравнение биоритмологи­ческих реакций отдельных физиологических систем на воздействие высокогор­ной гипоксии и природной гипертермии, а также скорости восстановления фи­зиологических функций после отмены возмущающих факторов среды.

На основании данных спектрального анализа ритмических процессов в ультра-циркадианном диапазоне впервые показано, что независимо от условий среды существует два класса физиологических ритмов, отличающихся по спо­собу их временной самоорганизации: 1) ритмы, для которых спектральная плотность ультрадианных составляющих преобладает над циркадианной; 2) ритмы, для которых спектральная плотность ультрадианных компонентов остается ниже циркадианной.

Установлено, что в условиях пустыни и особенно высокогорья ослабляется частотная взаимная синхронизация суточных ритмов вегетативных функций, что сопровождается усилением ультрадианной ритмичности.

Для циркадианных ритмов гемодинамики, вариабельности кардиоинтерва-лов, содержания натрия и калия в слюне и моче, кортизола плазмы установлена ранее не известная закономерность - прямо пропорциональная зависимость размаха суточных колебаний физиологических показателей от мезора, а для ритмов температуры тела и кожи, показателей газового состава крови и содер­жания электролитов в эритроцитах - обратно пропорциональная зависимость.

5


Впервые количественно оценена вариабельность акрофаз циркадианных ритмов вегетативных функций с учетом межсуточной, межиндивидуальной, внутригрупповой и интраиндивидуальной изменчивости в разных условиях сре­ды. По показателям вариабельности периодов и акрофаз выделены фазово-устойчивые и фазово-пластичные циркадианные ритмы. Показано, что макси­мум внутренней фазовой десинхронизации отмечается в 1-3-е сутки после пе­ремещения неакклиматизированных лиц в субэкстремальные условия.

Установлено, что как недостаточность, так и избыточность кортизола ока­зывает десинхронизирующий эффект на суточные ритмы гемодинамики и со­держания электролитов в слюне и моче. Усиление ультрадианной активности диастолического давления, диуреза, экскреции натрия и калия, содержания на­трия в слюне прямо пропорционально уровню кортизола.

Показано, что инфрадианная (с периодами 2-8 суток) ритмичность физио­логических функций формируется под влиянием экзогенных факторов, одним из которых являются многодневные циклы температуры среды. Специфика ха­рактеристик инфрадианных ритмов в высокогорье и пустыне определяется со­четанием мощности и среднединамического уровня средовых колебаний.

Теоретическая и практическая значимость работы. Показана диагно­стическая значимость выявления трендов мезоров суточных ритмов для опре­деления типов переходной динамики и оценки напряжения регуляторных меха­низмов в физиологических системах.

Обосновано и апробировано введение разработанного автором оригиналь­ного показателя - коэффициента ритмопреобразования для характеристики ко­лебательных режимов и оценки ультрадианной активности. Выявленная типо­логия ритмопреобразования в условиях высокогорья и пустыни расширяет представление о хронобиологических стратегиях приспособительных процес­сов у человека.

Данные о динамике мезоров циркадианных ритмов различных физиологи­ческих функций под влиянием внешних воздействий и при реакклиматизации, критических периодах изменения хроностуктуры при субэкстремальных воз­действиях, взаимоотношении «амплитуда - мезор», влиянии внешней темпера­туры и уровня кортизола плазмы на ритмические процессы имеют прогности­ческое значение.

Результаты исследования используются при чтении специальных курсов «Физиология адаптации» и «Хронобиология» на биологическом факультете Алтайского государственного университета.

Положения, выносимые на защиту:

1. Перемещение неакклиматизированных лиц из регионов умеренного климата в условия высокогорья и пустыни сопровождается адаптивной пере­стройкой динамики среднего уровня колебаний физиологических показателей -мезоров циркадианных ритмов вегетативных функций. Эти переходные про­цессы могут иметь моно-, двух-, полифазный или экспоненциальный характер, отражая фундаментальные свойства приспособительных реакций - функцио­нальную саморегуляцию или адаптивную самоорганизацию.

6


    • Формирование новой инфрадианной ритмичности физиологических функций в условиях высокогорья и пустыни определяется сочетанием мощно­сти и среднединамического уровня колебаний температуры среды.
    • В субэкстремальных условиях усиливается представленность ритмов ультрадианного диапазона большинства исследованных показателей. Уровень гормона стресса - кортизола - избирательно влияет на ультрадианную актив­ность различных параметров гемодинамики и водно-солевого состояния, в свя­зи с чем он может рассматриваться в качестве регулятора процесса адаптивного ультраритмогенеза отдельных физиологических функций.
    • Для циркадианных ритмов показателей гемодинамики, длительности кардиоинтервалов и их вариабельности, содержания натрия и калия в слюне и моче, кортизола плазмы типична прямо пропорциональная зависимость размаха колебаний от мезора, тогда как ритмы показателей внутренней среды (темпера­туры тела, газового состава крови и содержания электролитов в эритроцитах) демонстрируют обратно пропорциональную зависимость. Это свидетельствует о прямом участии биоритмологического механизма в управлении гомеостати-ческими функциями в адаптивном процессе.
    • Независимо от условий среды наибольшую фазовую стабильность про­являют суточные циклы температуры тела, моды кардиоинтервалов, концен­трации натрия и натрий-калиевого коэффициента слюны, кортизола плазмы, напряжения кислорода, оксигемоглобина, pH и электролитного состава крови.
    • В высокогорье и пустыне возрастает вариабельность циркадианных ак-рофаз физиологических ритмов, что сопровождается внутренним фазовым рас­согласованием, степень которого зависит от температуры среды и уровня кор­тизола плазмы.

      СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
    Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
     





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.