Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ... 4
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
Медико-экологическая характеристика северных территорий (на примере Архангельской области) 14
Вариабельность сердечного ритма как метод оценки реактивности вегетативной нервной системы при различных функциональных состояниях человека 24
Эндокринное обеспечение нейровегетативных реакций у человека 34
Роль высших психических функций при формировании нейровегетативных реакций 50
Адаптивное биоуправление как метод оценки функциональных резервов организма человека и способ
коррекции нейровегетативных расстройств 54
ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ 63
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
РИТМА СЕРДЦА И ЭНДОКРИННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У
ПОДРОСТКОВ НА СЕВЕРЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТАДИЙ
ПОЛОВОГО СОЗРЕВАНИЯ 78
Особенности вариабельности сердечного ритма в покое и при ортостазе у подростков на Севере в процессе полового созревания 78
Особенности эндокринной системы у подростков на Севере (содержание гормонов тиреоидной системы, кортизола и инсулина в сыворотке крови) 91
Соотношение вегетативных и гормональных показателей в покое и при ортостазе у подростков на Севере в процессе полового созревания 99
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
РИТМА СЕРДЦА И ЭНДОКРИННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У
ПОДРОСТКОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ
ШИРОТАХ СЕВЕРА 120
Особенности вегетативной регуляции ритма сердца в покое и при ортостазе у подростков на Севере на различных географических широтах 120
Особенности эндокринной регуляции у подростков на различных географических широтах Севера 138
4.3. Соотношение гормональных и вегетативных показателей
(тиреоидных гормонов, инсулина и кортизола) в покое и при
ортостазе у подростков на различных географических широтах
Севера 152
ГЛАВА 5. РОЛЬ ЭНДОКРИННЫХ ФАКТОРОВ
(ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ, МЕЛАТОНИНА И ЛЕПТИНА)
В ПОДДЕРЖАНИИ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕАКТИВНОСТИ У
ПОДРОСТКОВ НА СЕВЕРЕ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
НАГРУЗКАХ (61 С.Ш.) 171
Вегетативная регуляция ритма сердца у подростков при умственной нагрузке в зависимости от уровня тиреотропина в крови 171
Вегетативная регуляция ритма сердца при умственной нагрузке у подростков в зависимости от утреннего уровня мелатонина в крови 179
Вегетативная регуляция ритма сердца при умственной нагрузке у подростков в зависимости от уровня лептина в крови 188
Соотношение показателей вегетативной регуляции ритма сердца и содержания кортизола и тестостерона в слюне у подростков при физической нагрузке 196
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
РИТМА СЕРДЦА И ЭНДОКРИННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У
МОЛОДЫХ ЛИЦ НА СЕВЕРЕ 202
Особенности вегетативной регуляции ритма сердца в покое и при биоуправлении на понижение индекса напряжения у молодых лиц на Севере 202
Особенности вегетативной регуляции и эндокринного статуса у молодых лиц на Севере в зависимости от уровня экстремальности профессиональных условий 225
Соотношение вегетативных и эндокринных параметров у молодых лиц в зависимости от уровня экстремальности профессиональных условий 231
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 236
ВЫВОДЫ 251
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 254
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 255
ПРИЛОЖЕНИЯ 307
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЬК ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВСР - вариабельность сердечного ритма
КИГ - кардиоинтервалограмма
RR-интервалы - длительность в мс диапазона между соседними
кардиоциклами
RMSSD - (root mean sum successful deviation) определяет
среднеквадратичную разностную характеристику всего объема RR-
интервалов
MxRMn - отношение максимума к минимуму времени RR-интервалов
MxDMn — вариационный размах значений RR в динамическом ряду
АМо% - амплитуда моды, число кардиоинтервалов (в % ко всему объему
кардиоинтервалов), соответствующих значениям моды
ИН - Индекс напряжения регуляторных систем
ТР - (total power) суммарная мощность спектра ВСР
HF % - (High Frequency) процент мощности колебаний длительности RR
интервалов в диапазоне высоких частот
LF % - (Low Frequency) процент мощности колебаний длительности RR
интервалов в диапазоне низких частот
VLF % - (Very Low Frequency) процент мощности колебаний длительность
RR интервалов в диапазоне сверхнизких частот
LF/HF — соотношение средних значений интервалов в низко- и
высокочастотных частях спектра ВСР
1С - (index of centralization) индекс централизации, отражает степень
преобладания медленноволновых компонентов ВСР над дыхательными
ЧСС - частота сердечных сокращений
АД - артериальное давление
САД — систолическое артериальное давление
ДАД — диастолическое артериальное давление
СПР - стадия полового развития
ИМТ — индекс массы тела
ТЗ - трийодтиронин (общий)
Т4- тироксин (общий)
ТТГ — тиреотропный гормон
М - мелатонин
Л -лептин
Корт — кортизол
Тест - тестостерон
Т/К - соотношение уровня тестостерона к уровню кортизола
Инс — инсулин
Прол — пролактин
СТГ - соматотропин
IQ - (Intellect Quotient) коэффициент интеллекта по Г.Айзенку
БОС - биологическая обратная связь
М - средняя арифметическая величина
m - ошибка средней арифметической величины
ст - стандартное отклонение _ __
п - число наблюдений
Ф - фактор (факторный анализ)
Me (25;75) - медиана со значениями в диапазоне от 25 до 75 перцентилей
rs - коэффициент корреляции по Спирмену
Ln - натуральный логарифм числа
А2 - возведение в степень числа
у - зависимая переменная (показатели ВСР)
х - независимая переменная, предиктор (уровень гормона в крови)
В - коэффициент уравнения регрессии
Intercept - свободная величина в уравнении регрессии
*, # - р<0,05, **, ## - р<0,01, ***, ### - р<0,001: уровень статистической
значимости различий средних величин
Введение к работе
Актуальность исследования. Потребность в комплексном подходе при рассмотрении адаптации к факторам Севера обусловливает необходимость анализа межсистемных взаимодействий при оценке уровня адаптированности организма человека [115, 267].
На Европейском Севере важным ритмообразующим фактором является фотопериодизм. Он определяет цикличность как на уровне популяций, миграционных процессов у животных [42], так и на уровне регуляторных систем человеческого организма [6, 115, 207]. Неоднородность северных территорий обусловлена широтным зонированием, биоэлементным составом воды и почв и антропогенными воздействиями [73, 92, 149, 230], определяет уровень и качество здоровья, а также специфику патологических расстройств у населения данных территорий [91].
Важную роль в изучении фотобиоритмики на Европейском Севере России занимает динамика параметров кардиореспираторной системы и нейровегетативных регуляции [46, 102, 119, 144, 196, 200, 207, 272, 335], иммунных параметров [91, 282], секреции эндокринных желез [79, 105, 203, 245], взаимосвязь эндокринного статуса с биохимическими процессами [37, 42] и иммунологической реактивностью [91, 92, 282]. Изучение особенностей регуляторных систем у детей, подростков и лиц молодого возраста важно с точки зрения сохранения кадрового потенциала Европейского Севера России [66, 75, 76, 77, 95,159, 204, 257].
В роли интегративных показателей здоровья зарекомендовали себя параметры вариабельности сердечного ритма, которые дают информацию о нейровегетативном обеспечении пейсмекерной активности сердца [25, 55, 103, 217, 263], в том числе и на Севере [25, 52, 53, 54, 66, 75, 133,176, 231, 270].
В настоящее время сведения об эндокринном обеспечении вегетативной регуляции ритма сердца в дискомфортных условиях среды
обитания разноречивы и в большинстве случаев ограничиваются влиянием отдельных эндокринных систем на ритм сердца [121, 258, 259]. Остается открытым вопрос о зависимости у лиц на Севере нейровегетативнои регуляции от гормона, определяющего биоритмику эндокринной системы и антиоксидантную активность - мелатонина [21, 166] и нейрогормона, определяющего энергетические потребности организма - лептина [118, 161]. Нуждается в усовершенствовании методологические подходы при изучении межсистемных взаимодействий регуляторных систем у молодых лиц, на которых оказывают воздействие сочетанные дискомфортные факторы среды Севера — природно-климатические и профессионально обусловленные [41, 65, 96, 179]. Сохранение функциональных резервов регуляторных систем у человека в дискомфортных условиях возможно посредством адаптивного биоуправления [235, 236, 276, 277, 278]. Представляется перспективным использование метода биоуправления как способа оценки реактивности вегетативной нервной системы у молодых здоровых лиц [62]. Учитывая специфику психофизиологических механизмов как у взрослых, так и детей-подростков [30, 234] на Европейском Севере, важно уже на первых этапах биоуправления определить перспективы эффективности выбранного метода саморегуляции и зависимость его от свойств высшей нервной деятельности человека.
Таким образом, является перспективным и актуальным как с теоретической, так и с практической точек зрения изучение реактивности вегетативных структур, модулирующих ритм сердца, с учетом эндокринного статуса, элементов биоуправления и психофизиологических особенностей у подростков и молодых лиц в зависимости от условий проживания на Европейском Севере России.
Цель исследования: определить особенности вегетативной регуляции ритма сердца с учетом эндокринного статуса у подростков и молодых лиц в
зависимости от уровня дискомфортности природно-климатических и
профессиональных факторов среды обитания на Европейском Севере России.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить особенности вегетативной регуляции ритма сердца, эндокринной системы и их взаимоотношения у подростков Севера 12-16 лет лет в зависимости от стадий полового развития, продолжительности светового дня и широты проживания.
Определить характер вегетативной регуляции ритма сердца у подростков Севера 12-16 лет в покое, в условиях функциональных нагрузок и ее зависимость от особенностей эндокринного статуса.
Выявить особенности вегетативной регуляции ритма сердца на Севере у молодых лиц в покое и способность к биоуправлению с учетом сезона года, свойств темперамента и уровня интеллекта.
Установить особенности вегетативной регуляции ритма сердца, эндокринного статуса и характер эндокринно-вегетативных соотношений у молодых лиц на Севере в зависимости от уровня экстремальности профессиональных условий деятельности. Концепция. Различные варианты вегетативной реактивности у лиц
подросткового и молодого возраста обусловлены исходным эндокринным статусом и зависят от уровня дискомфортности природно—климатических и профессиональных факторов среды обитания на Европейском Севере России.
Положения, выносимые на защиту: 1. Особенности вегетативной регуляции ритма сердца у подростков 12-16 лет на Севере обусловлены уровнем секреции гормонов тиреоидной системы, кортизола и инсулина, а также определяется природно-климатическими условиями проживания на Севере.
Вегетативная реактивность при функциональных нагрузках (умственная, физическая) у подростков Севера 12-16 лет зависит от исходного уровня гормонов, определяющих уровень энергетической потребности (тиреоидные гормоны, лептин, мелатонин, кортизол, тестостерон).
У молодых жителей Севера (64 ЗО7) с более выраженной парасимпатической активностью в покое по сравнению с жителями южного региона (4457/ с.ш.) способность к биоуправлению при первых сеансах с целью понижения симпатической активности зависит от природных факторов среды (фотопериодизм) и свойств высшей нервной системы.
Возрастание фактора экстремальности профессиональных условий у молодых лиц на Севере обусловливает усиление симпатических влияний на ритм сердца на фоне различных вариантов взаимодействий вегетативных параметров с эндокринными системами, обеспечивающими сохранение анаболического резерва.
Научная новизна исследования.
На основании проведенного динамического комплексного исследования практически здоровых лиц подросткового возраста 12-16 лет с целью изучения особенностей эндокринно-вегетативных соотношений с учетом природно-климатических условий Европейского Севера (продолжительности светового дня и широты проживания) впервые:
- установлены варианты соотношений вегетативных параметров в покое и при остостазе и уровней тиреоидных гормонов, кортизола и инсулина в зависимости от этапов полового созревания с учетом продолжительности светового дня и на различных географических широтах Европейского Севера России (6430; с.ш. и 61 с.ш.); показано, что в приполярном районе у подростков наиболее выражена зависимость вегетативной реактивности от секреции гормонов в весенне-летний период (кортизола, инсулина и тиреоидной системы), а в районе границы северных и средних широт - в осенне-зимний период (инсулина и тиреоидной системы);
- выявлено, что у подростков на Европейском Севере исходные уровни
тиреоидных гормонов, мелатонина и лептина в крови определяют варианты
вегетативной регуляции ритма сердца в покое и при выполнении умственной
нагрузки в различные сезоны года; при напряжении работы тиреоидной
системы (ТТГ выше 2 мЕд/л), низком уровне мелатонина и лептина более
выражен симпатический ответ на умственную нагрузку, особенно в период
снижения световой активности (сентябрь);
- определено, что повышение соотношения «тестостерон/кортизол» в
слюне определяет сохранение функционального резерва сердечно
сосудистой системы у подростков при динамическом наблюдении после
проведения физической нагрузки.
При сравнительном анализе способности к биоуправлению с целью снижения симпатической активности по индексу напряжения регуляторных систем у молодых лиц Европейского Севера (64307 с.ш.) и южного региона (44^577) впервые показано, что характер вегетативной регуляции при биоуправлении у здоровых молодых лиц зависит от региона проживания, сезона года, свойств темперамента и уровня интеллекта.
Впервые установлена зависимость характера эндокринно-вегетативных соотношений у молодых лиц от степени выраженности фактора экстремальности профессиональных условий на Европейском Севере. Показано, что усиление эндокринных влияний на поддержание вагусных и симпатических механизмов обеспечивает анаболический резерв для оптимальной адаптации организма к экстремальным условиям деятельности. Дальнейшее возрастание фактора экстремальности профессиональных условий приводит к доминированию симпатических влияний на ритм сердца в покое на фоне усиления действия гормонов щитовидной железы на симпатическую активность и снижения влияния гормонов с анаболическим действием (тестостерон, инсулин) на поддержание вагусных механизмов.
Научно-практическая значимость исследования и внедрения.
Полученные данные представляют собой теоретические предпосылки для разработки критериев «физиологической платы» за адаптацию подростков и молодых лиц к дискомфортным факторам среды обитания на основе оценки межсистемных взаимодействий (нейровегетативной и эндокринной регуляции). Показано, что риск развития сердечно-сосудистых расстройств в условиях информационной (умственной) нагрузки у подростков-северян может зависеть от лабильности эндокринных функций, которые зависят от сезона года и широты проживания. Данные о соотношении стероидов в слюне (кортизола и тестостерона) значимо дополняют сведения о функциональном резерве сердечно-сосудистой регуляции в период восстановления после физической нагрузки — повышается эффективность прогноза в отношении выносливости подростка.
Предложен и апробирован способ адаптивного биоуправления параметрами вариабельности сердечного ритма с целью снижения симпатической активности перспективен как с позиции оценки функциональных резервов вагусной регуляции, так и^ для коррекции психонейровегетативных расстройств (патент на изобретение № RU 2317771).
Материалы диссертации использованы в работе по оптимизации уровня здоровья в поселковых школах (Коношский и Приморский районы Архангельской области - акты внедрения от 10.10.2004 и 07.05.2008), ООО «Медицинская компания «Биокор» (акт внедрения от 10.02.2008). Теоретические сведения диссертации использованы при подготовке учебно-методических разработок для студентов вузов, а также для курсов лекций и практических занятий по экологической физиологии Архангельского государственного технического университета (акт внедрения от 10.11.2007) и Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова (акт внедрения от 07.02.2007).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексными планами НИР Института физиологии природных адаптации УрО РАН (№№ 01.2.00101811 и 0120.0 601941) и при финансовой поддержке грантов администрации Архангельской области (2001, 2003 г.г.), грантов Президиума УрО РАН (2004, 2006 г.г.); РФФИ, № 02-04-97510 (2002-2004 г.г.); РГНФ №05-06-48601 а/С (2005-2006 г.г.); Фонда содействия отечественной науке (2004-2005 г.г.).
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и
обсуждены на научных семинарах Учреждения Российской академии наук
Института физиологии природных адаптации УрО РАН (Архангельск, 2000-
2008), Проблемной комиссии по медико-биологическим наукам Научно-
технического совета Поморского государственного университета им. М.В.
Ломоносова (2008), на заседаниях Архангельского отделения
Физиологического общества им. Павлова (2000-2008 г.г.) и 38 научных
конференциях: Международной конференции «Механизмы
функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2001); Международной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья на Севере» (Сургут, 2002); Симпозиуме с международным участием «Актуальные проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды» (Ульяновск, 2002); Итоговой научно-практической конференции «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и Сибири» (Красноярск, 2002); Международной конференции «Клинические аспекты оценки вариабельности сердечного ритма» (Харьков, Украина, 2003); Международном симпозиуме «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение» (Ижевск, 2003); XIX Съезде физиологического общества им. Павлова (Санкт-Петербург, 2004); Всероссйской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека», (Архангельск, 2004); II Международном междисциплинарном Конгрессе
«Нейронаука для медицины и психологии» (Украина, Судак, 2006); Международной конференции «Погода и биосистемы» (Санкт-Петербург, 2006); XIII Международном совещании и VI школе по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2006); XX Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007); Международном междисциплинарном симпозиуме «От экспериментальной биологии к превентивной и интегративной медицине» (Украина, Судак, 2007); IV Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007); VII Международной Крымской конференции «Космос и биосфера» (Украина, Судак, 2007); III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2007); XVI Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Украина, Ялта-Гурзуф, 2008) и др.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 54 научные работы, в том числе 18 статей (в журналах из списка ВАК - 10 статей), 1 патент на изобретение, 1 методическая разработка и 1 глава в коллективной монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 329 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав (обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 4 глав собственных исследований и их обсуждения), заключения, выводов, практических рекомендаций и приложений. Работа иллюстрирована 46 таблицами и 45 рисунками.
Библиография состоит из 436 источников, в том числе 287 отечественных и 149 зарубежных.
