CC BY
56
ность жизни хвои не превышает 3-5 лет. Отношение массы побегов 2-го порядка к массе побегов 1-го порядка составляет 1:2,6. Таким образом, состояние хвои сосны обыкновенной очень сильно зависит от условий произрастания фитоценозов сосны, что позволяет использовать ее при прогнозировании адаптации и дальнейшего роста искусственных фитоценозов сосны обыкновенной в условиях сухой степи. В смешанных фитоценозах лучшие линейные показатели роста сосны обыкновенной наблюдаются при введении в насаждение одного ряда ивы остролистной. Максимальной высоты (11,3 м) сосна достигает во втором ряду, максимального диаметра (26,5 см) в третьем ряду. Введение двух рядов ивы приводит к снижению линейных показателей сосны. Анализ состояния и роста ивы остролистной показал, что этот вид достигает достаточно высоких линейных показателей и его можно рекомендовать в качестве сопутствующего вида для выращивания на перевеянных супесчаных почвах в условиях сухой степи.
Литература
1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. - 1989. - № 4. - С. 51-57.
2. Крылов Г.В., Ламин Л.А. Агролесомелиорация в Западной Сибири. - М.: Лесн. пром-сть, 1970. - 150 с.
3. Маленко А.А., Ананьев М.Е. Рост и продуктивность сосновых культур рузличной густаты в ленточных борах Алтая // Вестник АлГАУ. - 2008. - № 7(45). - С. 16-19.
4. Маленко А.А., Ананьев М.Е. Жизнеспособность квадратных и рядовых посадок сосны в условиях сухой степи // Вестник АлГАУ. - 2009. - № 2(52).- С. 27-30.
5. Манаенков А.С. О возможности лесоразведения на песках полупустыни // Лесное хозяйство. - 2012. -№ 5. - С. 31-33.
6. Смирнов В.Е. Эффективность квадратных посадок сосны // Тр. по лесному хозяйству. - Новосибирск, 1958. - Вып. 4. - С. 302-305.
7. Санитарные правила в лесах Российской Федерации. - М.: ВНИИЦ лесресурс, 2006. - 25 с.
---------♦'----------
УДК 612.017(-017) В.П. Новицкая, Г.В. Булыгин
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ В ОЦЕНКЕ ДИНАМИКИ АНТРОПОЭКОЛОГИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ КРАЙНЕГО СЕВЕРА И НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Представлены результаты оценки уровня антропоэкологического напряжения в динамике долговременной адаптации к условиям Севера и никелевого производства методом корреляционной адапта-метрии. Определены его периоды и типы динамики.
Ключевые слова: экология Севера, производство никеля, долговременная адаптация, лейкоциты, метаболизм, корреляционный анализ.
V.P. Novitzkaya, G.V. Bulygin CORRELATION ANALYSIS IN THE ASSESSMENT OF ANTHROPOLOGICAL AND ECOLOGICAL TENSION
DYNAMICS IN THE LONG DURATION ADAPTATION OF TO THE EXTREME NORTH AND NICKEL
PRODUCTION CONDITIONS
The assessment results of the anthropological and ecological tension level in dynamics of long duration adaptation to the North and nickel production conditions by method of correlation adaptometry are presented. Its period and dynamics types are determined.
Key words: the North ecology, nickel production, long duration adaptation, leucocytes, metabolism, correlation analysis.
Введение. Изучение процесса адаптации человека к новым экологическим условиям в настоящее время сохраняет свою актуальность в связи с усиливающимися миграционными процессами населения и значительными антропогенными изменениями окружающей среды. Напряжённое функционирование различных систем организма, направленное на сохранение гомеостаза в изменившихся условиях проживания, называют антропоэкологическим напряжением [1], которое, в свою очередь, может перейти в некомпенсированное состояние антропоэкологического утомления с развитием «экологически зависимых болезней».
Экстремальные условия Крайнего Севера с наличием непривычной для человека фотопериодичности, очень низких температур на протяжении большей части года могут способствовать формированию ан-тропоэкологического напряжения и утомления. Техногенные изменения окружающей среды в промышленных городах Заполярья вносят дополнительный вклад в комплекс отрицательных воздействий на человека. Исследований механизмов долговременной адаптации к неблагоприятным факторам среды и одновременно к специфическим факторам металлургического производства явно недостаточно.
Цель исследований. Выявить периоды адаптационного напряжения к экологическим и производственным факторам в разные сроки долговременной адаптации к условиям Крайнего Севера с помощью метода корреляционной адаптаметрии.
Объекты и методы. Исследования проведены в г. Норильске в период полярной ночи (декабрь). Город расположен на Таймырском полуострове (широта - 69° 20', долгота - 88° 18', высота над уровнем моря -60 метров). К экстремальным факторам региона относят: преобладание в течение года холодного климата (зима длится 230-240 дней, из них - 45 дней полярная ночь, абсолютный минимум температур -61 °С); сочетание низких температур с относительно большой скоростью ветра; наличие вечной мерзлоты [2].
Город Норильск является крупным промышленным центром, в котором расположены предприятия, связанные с производством меди и никеля. Жители города испытывают на себе определённое воздействие отходов этих производств, попадающих в атмосферу.
Наши исследования проводились в цехе электролиза никеля, в котором наряду с экологическими факторами Севера на рабочих завода воздействуют специфические факторы производства: гидроаэрозоли солей никеля, пары серной кислоты, хлор и другие. В качестве контрольной группы обследованы рабочие других предприятий г. Норильска, на которых производственных вредностей нет: Таймырский госпромхоз и Норильский рыбозавод (грузчики, плотники, экипажи рыболовецких судов).
Всего было обследовано в условиях промышленных предприятий
г. Норильска в динамике долговременной адаптации 264 человека. Для сравнения полученных результатов были сформированы однородные по возрасту и стажу работы группы мужчин: 1) рабочие предприятий без профессиональных вредностей (120 человек); 2) рабочие цеха электролиза никеля (144 человека). Каждая группа состояла из практически здоровых мужчин в возрасте 20-39 лет, не имеющих хронических заболеваний, не подвергавшихся вакцинации и не болевших чем-либо последние 2 месяца. Стаж их работы на предприятиях и стаж их проживания на Севере были одинаковы. В зависимости от длительности проживания на Севере мужчин разделили по группам: до 1 года; от 1 года до 3 лет; 3-5 лет; 5-10 лет; свыше 10 лет и родившиеся на Севере. Проводился учёт частоты заболеваемости (ЧЗ) по их амбулаторным картам.
Утром натощак у обследованных брали кровь из пальца, затем на мазках крови цитохимически выявляли активность ферментов в лейкоцитах и количество в них фосфолипидов. Для оценки функционального состояния клеток иммунной системы были выбраны ферменты, характеризующие интенсивность в них реакций различных метаболических путей. Реакции энергетического обмена в митохондриях лимфоцитов отражают сукцинатдегидрогеназа (СДГ) - фермент цикла Кребса и глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (ГЗФДГ) -фермент глицерофосфатного "челночного" шунта, соединяющего гликолиз с циклом Кребса [3]. Реакция на моноаминоксидазу (МАО) - использована для суждения об активности аминооксидазного пути окисления моноаминов [4]. Катаболизм в лимфоцитах и нейтрофилах отражает фермент лизосом - неспецифическая кислая фосфатаза (КФл и КФн), а его интенсивность в нейтрофилах - неспецифическая щелочная фосфатаза (ЩФ) [5]. Также цитохимически исследовали содержание фосфолипидов (ФЛ) в нейтрофилах [6].
Для обработки результатов исследования был использован пакет программ Statistika 6.0 [7], с помощью которого определялись коэффициенты парной корреляции (r) между ферментными показателями лей-
коцитов, содержанием в них ФЛ и частотой заболеваемости обследованных. Степень связности этих показателей оценивалась по методу корреляционной адаптаметрии [8] с помощью корреляционного графа (О), рассчитываемого как сумма достоверных коэффициентов парной корреляции: й =11 Гу I, I Гу I > 0,5, где гу - коэффициент корреляции между ьм и ]-м показателями. Принимались во внимание только достоверные коэффициенты корреляции (р<0,05 и выше).
Результаты и их обсуждение. Результаты исследования динамики активности ферментов лейкоцитов периферической крови жителей Заполярья в процессе их адаптации к условиям Севера опубликованы ранее [9].
Применение корреляционного анализа при обработке полученных ферментных показателей позволили установить, что у рабочих разных производств, разделённых на группы по длительности жизни и работы на Севере, наблюдается дифференциация в структуре корреляционных связей между характеристиками метаболизма лейкоцитов. Зимой наиболее выраженное влияние комплекса природных и производственных условий организм испытывал в первые 3 года жизни в Заполярье и работы в цехе электролиза никеля. У этих рабочих выявлена самая высокая степень координированности метаболических процессов в лейкоцитах и степень функционального напряжения по весу корреляционного графа.
В контрольной группе (жителей г. Норильска, не связанных с отрицательным воздействием никелевого производства) максимальное число корреляционных связей между метаболическими параметрами и высокая степень функционального напряжения клеток иммунной системы выявлено у рабочих, проживших на Севере менее 1 года, 3-5 лет и с рождения (табл.).
Корреляционные связи (р<0,05) показателей ферментов в лейкоцитах здоровых мужчин в зависимости от длительности проживания на Севере (г. Норильск, сезон - полярная ночь)
Рабочие разных производств
Северный Контрольная группа Г руппа цеха электролиза никеля
стаж Ферменты г в Ферменты г в
До 1 года С Д Г-МАО СДГ-КФл ГЗФДГ-МАО ГЗФДГ-КФл КФл-ЩФ -0,701 0,622 0,860 -0,629 0,653 3,469 СДГ-ЩФ КФл-КФн КФл-ФЛ КФл-ЧЗ КФн-ФЛ КФн-ЧЗ 0,794 0,755 -0,516 -0,925 -0,571 -0,718 4,786
1-3 года ГЗФДГ-КФл КФл-ЩФ КФн-ФЛ -0,874 0,661 0,576 2,111 МАО-КФл МАО-КФн МАО-ЩФ КФл-КФн КФл-ЩФ КФн-ЧЗ -0,624 -0,508 -0,639 0,709 0,574 -0,856 3,911
3-5 лет СДГ-ГЗФДГ С Д Г-МАО СДГ-КФл СДГ-КФн СДГ-ФЛ ГЗФДГ-МАО ГЗФДГ-КФл ГЗФДГ-КФн МАО-КФн МАО-ФЛ 0,922 0,788 -0,770 -0,767 0,593 0,616 -0,581 -0,631 -0,559 0,745 6,972 КФл-КФн 0,829 0,829
5-10 лет КФл-КФн КФл-ЩФ ЩФ-ФЛ 0,731 -0,559 -0,683 1,971 СДГ-КФн КФл-КФн КФл-ЩФ КФн-ЩФ 0,627 0,800 0,523 0,562 2,512
СДГ-КФл -0,780 СДГ-ФЛ -0,592
Свыше МАО-ФЛ 0,651 2,015 ГЗФДГ-КФл -0,500
10 лет КФл-КФн -0,584 КФл-КФн 0,764 2,499
КФл-ЩФ -0,647
СДГ-КФл -0,589 СДГ-МАО -0,815
СДГ-ЩФ -0,554 СДГ-КФл 0,689
С ГЗФДГ-МАО 0,558 3,818 ГЗФДГ-КФн -0,553 2,057
рождения МАО-ФЛ -0,668
КФл-КФн 0,710
КФн-ЩФ 0,739
Механизмы данных соотношений могут быть объяснены известным изменением гормональной регуляции активности ферментных систем на каждом этапе долговременной адаптации организма к экологическим условиям среды [10].
Иные закономерности выявлены при рассмотрении качественного состава корреляционных связей изученных параметров по группам обследованных лиц. По их характеру можно заключить, что у рабочих цеха электролиза никеля в первые 5 лет жизни в Заполярье большинство корреляций имеются между показателями активности ферментов катаболического обмена. Можно также допустить, что в этих группах рабочих корреляционные связи обусловлены катаболическим действием глюкортикоидов [11]. У рабочих цеха электролиза никеля, живущих на Севере менее 1 года, положительная связь между активностью СДГ лимфоцитов и ЩФ нейтрофилов отражает синхронизацию энергетических и катаболических реакций в этих клетках. Отрицательные связи активности КФ лимфоцитов с содержанием ФЛ в нейтрофилах свидетельствуют о возможных деструктивных процессах в мембранах клеток иммунной системы при повышении активности перекисного окисления липидов и усилении катаболических реакций.
Обращают на себя внимание отрицательные связи КФл и КФн с частотой заболеваемости рабочих никелевого производства (в контрольных группах такие связи отсутствуют). Вероятно, менее высокие показатели активности ферментов энергетического и катаболического обмена отражают снижение функциональных возможностей клеток, а сниженная активность лейкоцитов, обеспечивающих «первую линию защиты организма», является фактором предрасположенности к возникновению заболеваний.
У рабочих цеха электролиза никеля, проживших на Севере 1-3 года, метаболические процессы в лимфоцитах и нейтрофилах изменяют свою сопряжённость. Повышение интенсивности катаболического обмена (КФл и КФн) ингибирует активность МАО в лимфоцитах и синхронизирует активность катаболических реакций в лимфоцитах и нейтрофилах (КФл-ЩФ).
Более неблагоприятная картина наблюдается в клетках крови рабочих цеха электролиза никеля, живущих на Севере 3-5 лет. В этой группе выявляется одна тесная корреляционная связь (КФл-КФн). Такая разбалансировка метаболических систем двух видов клеток иммунной системы свидетельствует о развитии дизкоординации в работе защитных механизмов организма.
В контрольных группах рабочих с разным северным стажем (менее 1 года, 1-3 года, 3-5 лет), в лейкоцитах преимущественно скоррелированны показатели, характеризующие энергетические процессы в клетках. Такие корреляционные взаимоотношения, вероятно, обусловлены активацией симпатоадреналовой системы у этих лиц. У рабочих, проживших на Севере менее 1 года, отрицательные взаимосвязи СДГ-МАО, ГЗФДГ-КФл отражают торможение энергетики клеток моноаминами и катаболическими реакциями. В то же время компенсаторно включаются пути её стимуляции, что подтверждается положительными связями ГЗФДГ-МАО и СДГ-КФл.
Увеличение северного и производственного стажа у рабочих контрольной группы, живущих на Севере 1-3 года, сопровождалось снижением количества корреляционных связей и степени адаптационного напряжения по весу корреляционного графа.
В период жизни 3-5 лет на Севере у рабочих контрольной группы отмечается усиление интеграции метаболических систем лейкоцитов и высокая степень функционального напряжения клеток иммунной системы. Особенности этого периода адаптации определяют взаимозависимости активности ферментов «фла-винового кольца» митохондрий, которые можно разделить на три группы. Первая группа связей - СДГ с ГЗФДГ, МАО, КФл, КФн, ФЛ, вторая группа связей - ГЗФДГ с МАО, КФл, КФн и третья группа связей - МАО с КФн, ФЛ.
Среди этих связей можно выделить внутриклеточные и межклеточные корреляции, например, между активностью СДГ и Г3ФДГ, СДГ и МАО указывают на повышение координированности различных метаболических циклов в лимфоцитах. В то же время, например, связь между активностью СДГ лимфоцитов и КФ нейтрофилов позволяет сделать вывод о достаточно высокой сопряжённости метаболических процессов в лейкоцитах при повышении функциональной нагрузки на эти клетки в процессе адаптации. Учитывая же то, что ферментные системы лимфоцитов взаимосвязаны с метаболическими реакциями различных органов [3], такая зарегулированность может отражать наличие подобных процессов в целостном организме.
С увеличением длительности проживания на Севере (5-10 лет и свыше 10 лет) происходит формирование более экономных механизмов адаптации в каждой группе рабочих. Так, у рабочих цеха электролиза никеля, проживших на Севере 5-10 и свыше 10 лет, корреляционная зависимость параметров метаболизма лейкоцитов возрастает. Однако их количество или степень выраженности меньше, чем в первые 3 года жизни на Севере. Корреляционные взаимоотношения метаболических параметров в лейкоцитах рабочих контрольных групп, проживших на Севере 5-10 и свыше 10 лет, имеют другую специфичность. В этот период адаптации к экологическим и производственным условиям среды количество или степень выраженности корреляционных связей уменьшается в 3 раза относительно группы рабочих, живущих на Севере 3-5 лет. По характеру выявленных связей между показателями катаболического обмена в лейкоцитах можно предположить, что в контрольной группе рабочих, живущих на Севере 5-10 лет, активируется биосинтез гормонов катаболического действия.
Ещё более сложные процессы определяют конфигурацию корреляционных связей у лиц, родившихся на Севере. Так, у рабочих цеха электролиза никеля, которые родились в Заполярье, количество или степень выраженности корреляционных связей снижается относительно тех, кто прожил на Севере 5-10 и свыше 10 лет. Ограничение реакций энергетического обмена в лимфоцитах происходит за счёт повышения уровня моноаминов и катаболических реакций - в нейтрофилах (отрицательные корреляции СДГ с МАО и ГЗФДГ с КФн). У рабочих контрольной группы, родившихся на Севере, количество связей или степень их выраженности, определяемая по уровню корреляционного графа, повышается в 2 раза относительно проживших в этих экологических условиях более 10 лет. Часть связей, выявленных в предыдущей группе, сохраняется, при этом отрицательная корреляция СДГ-ЩФ указывает, что при высокой активности ЩФ в нейтрофилах определяется низкая активность СДГ в лимфоцитах, а связь двух митохондриальных ферментов Г3ФДГ и МАО указывает на наличие конкуренции за кофактор или возможность регуляции активности Г3ФДГ моноаминами.
Выводы
1. Зимой, в процессе долговременной адаптации к условиям Крайнего Севера, наблюдаются периоды усиления или ослабления внутриклеточных и межклеточных корреляционных связей разных метаболических путей, которые зависят от срока проживания на Севере. Это характеризует степень антропоэкологического напряжения у рабочих разных по профессиональной вредности производств.
2. В первые 3 года жизни и работы на Севере у рабочих никелевого производства уровень антропо-экологического напряжения выше, чем у рабочих производств без профвредностей. В период 3-5 лет жизни на Севере и работы на никелевом производстве воздействие экологических и токсических факторов приводит к полной разбалансировке всех систем, а у рабочих производств без вредных факторов - к значительному антропоэкологическому напряжению.
3. У рабочих производств без вредных факторов динамика долговременной адаптации определяется в виде затухающего колебательного процесса, а у рабочих никелевого производства - в виде ступенеобразного процесса корреляционного (функционального) напряжения.
4. Метод корреляционной адаптометрии может быть использован для оценки уровня здоровья популяции лиц, проживающих в условиях Крайнего Севера, а также с целью донозологической диагностики раз-
вития антропоэкологического утомления.
Литература
1. Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. - Новосибирск: Либроком, 2010. -250 с.
2. Кириллов М. В. Природа Красноярского края и её охрана. - Красноярск, 1983. - 168 с.
3. Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразолия фиолетового для количественного цитохимического определения дегидрогеназ лимфоцитов человека II Архив анатомии. - 1969. - №5. - С.85.
4. Кондратьева В.П., Эренбург Б.Е. Модификация методики цитохимического выявления моноаминок-сидазы // Лаб. дело. - 1981. - №3. - С. 167.
5. Goldberg A., Barka Т. Acid Phosphatase Activity in Human Blood Cells II Nature. - 1962. - V.195. - P.4838.
6. Sheehan H.L., Storey G. W. An improved method of staining leukocyte granules with sudan black ВIIJ. Path. Bact. - 1947. - № 59. - P. 336.
7. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. - М.: Медиа Сфера, 2002. - 312 с.
8. Корреляционная адаптаметрия как метод диспансеризации населения / K.P. Седов [и др.] //Вестник АМН СССР. - 1988. - №10. - С.69-75.
9. Булыгин Г.В., Камзалакова Н.И., Андрейчиков A.B. Метаболические основы регуляции иммунного ответа. - Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 1999. - 346 с.
10. Шварёва Н.В. Гормональные механизмы долговременной адаптации человека к условиям Севера II Физиология человека. - 1990. - Т. 16, №2. - С.90-97.
11. Van Ooijen A.M., Van Marken Zíchtenbelt W.D., Steenhoven A.A. Seasonal changes in metabolic and temperature responses to cold air in humans II Phusiol. Behav. - 2004. - V.82, N2. - 545-553.
---------♦-----------
УДК 574.24 Н.В. Пахарькова, И.Г. Гетте,
Е.Б. Андреева, Г.А. Сорокина ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДА В СОСТОЯНИЕ ЗИМНЕГО ПОКОЯ ГОЛОСЕМЕННЫХ И ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
С использованием метода термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции хвои для определения продолжительности и глубины зимнего покоя древесных растений было обнаружено, что хвоя Picea obovata и Abies sibiiica гораздо быстрее выходит из состояния зимнего покоя, чем Pinus sibirica, Pinus sylvestris и другие. Повреждение фотосинтетического аппарата хвои Picea obovata может произойти в весенний период, когда после нескольких дней теплой погоды растения преждевременно выходят из состояния зимнего покоя.
Ключевые слова: флуоресценция, зимний покой, Picea, Abies, Pinus, Larix, Betula.
N.V. Pakharkova, I.G. Gette, E.B. Andreeva, G.A. Sorokina
