CC BY
30
8. Golokhvast K.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kolosov V.P., Yankova V.I., Kondratieva E.V., Gorkava-ya A.V., Nazarenko A.V., Chaika V.V., Romanova T.Yu., Karabtsov A.A., Perelman Yu.M., Kiku P.F. Impact of atmospheric microparticles on the development of oxidative stress in healthy city/industrial seaport residents. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2015; 2015: 10 p. doi: 10.1155/2015/412173
9. Болотин Е.И., Цициашвили Г.Ш., Федорова С.Ю. Факторное временное прогнозирование критических уровней инфекционной заболеваемости // Экология человека. 2009; (10): 23-29.
Bolotin E.I., Tsitsiashvili G.Sh., Fedorova S.Yu. Factor temporary prediction of critical levels of infectious morbidity. Human ecology. 2009; (10): 23-29 (in Russian).
10. Голохваст К.С. Атмосферные суспензии в городах Дальнего Востока. Владивосток: Изд-во ДВФУ, 2013; 178 с.
Golokhvast K.S. Atmospheric suspensions in the cities of the Far East. Vladivostok: FEFU Edition; 2013; 178 p. (in Russian).
11. Veremchuk L.V., Tsarouhas K., Vitkina T.I., Mineeva E.E., Gvozdenko T.A., Antonyuk M.V., Rakitskii V.N., Sidletskaya K.A., Tsatsakis A.M., Golokhvast K.S. Impact evaluation of environmental factors on respiratory function of asthma patients living in urban territory. Environmental Pollution. 2018; 235: 489-496. doi:10.1016/j.envpol.2017.12.122.
12. Lozovskaya S.A., Tsitsiashvili G. Sh., Stepanko N.G., Bolotin E.I., Izergina E.V., Pogorelov A.R. Factor temporary forecast of socially significant morbidity in Primorsky Krai. Regional problem. 2018; 3(1):17-21.
13. Vitkina T.I., Veremchuk L.V., Grigorieva E.A., Gvozdenko T.A. Meteodependence of patients with bronchopulmonary pathology living in the south of Primorsky Region. Regional problem. 2018; 21(3-1): 22-26.
Сведения об авторах
Веремчук Л.В., д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: [email protected], тел. 8(4232)788201;
Минеева E.E., к.м.н., научный сотрудник лаборатории восстановительного лечения, врач-пульмонолог, врач функциональной диагностики Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: [email protected], тел. 8(4232)788201;
Виткина Т.И., д.б.н., профессор, заведующая лабораторией медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: [email protected], тел. 89146697898;
Гвозденко Т.А., д.м.н., научный сотрудник лаборатории восстановительного лечения Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: [email protected], тел. 8(4232)788201;
Сидлецкая К.А., аспирант, младший научный сотрудник лаборатории биомедицинских исследований Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: tash30@ mail.ru, тел. 89146697898;
Голохваст К.С., д.б.н., научный сотрудник лаборатории медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИМКВЛ, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г; e-mail: [email protected], тел. 8(4232)788201.
© Аверьянова И.В., Вдовенко С.И., 2018 г Удк 612.2 (Магадан)
DOI: 10.5281/zenodo.1488054
И.В. Аверьянова, С.И. Вдовенко
функциональные особенности системы внешнего ДЫХАНИЯ и газообмена юношей 17-21 года, постоянных жителей различных климатогеографических районов магаданской области
ФГБУН Научно-исследовательский центр «Арктика» Дальневосточного отделения Российской академии наук (НИЦ «Арктика» ДВО РАН), Магадан, Россия
Для выявления компенсаторно-приспособительных особенностей организма в ответ на экстремальные факторы внешней среды было проведено сравнительное изучение функции внешнего дыхания и газообмена лиц 17-21 года из различных климатогеографических зон Магаданской области. Установлено, что в условиях континентального климата отмечалось снижение функции дыхательной и газотранспортной систем, а также уменьшение гипоксически-гиперкапнической устойчивости организма.
Ключевые слова: юноши, факторы среды, внешнее дыхание, газообмен.
Для цитирования: Аверьянова И.В., Вдовенко С.И. Функциональные особенности системы внешнего дыхания и газообмена юношей 17-21 года, постоянных жителей различных климатогеографических районов Магаданской области // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2018; 3(75): 84-88. DOI: 10.5281/zenodo.1488054.
Для корреспонденции: Вдовенко Сергей Игоревич - e-mail: [email protected].
Поступила 11.08.18
I.V. Averyanova, S.I. Vdovenko
FUNCTIONAL FEATURES OF THE SYSTEM OF EXTERNAL RESPIRATION
AND GAS EXCHANGE OF YOUNG MEN AGED 17-21, PERMANENT RESIDENTS
OF VARIOUS CLIMATIC AND GEOGRAPHICAL ZONES OF MAGADAN REGION
Scientiic Research Center «Arctic», Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (SRC «Arctic» FEB RAS), Magadan, Russia
To identify compensatory-adaptive features of the organism in response to extreme environmental factors, a comparative study of the function of external respiration and gas exchange was performed in 17-21 year-old residents from different climatic and geographic zones of the Magadan Region. It was found that under conditions of the continental climate there was a decrease in the function of respiratory and gas transmission systems, as well as a decrease in the body hypoxic-hypercapnic resistance.
Keywords: young men, environmental factors, external respiration, gas exchange.
For citation: Aver'eanova I.V., Vdovenko S.I.. Functional features of the system of external respiration and gas exchange of young men aged 17-21, permanent residents of various climatic and geographical zones of Magadan region. Health. Medical ecology. Science. 2018; 3(75): 84-88 (in Russia). DOI: 10.5281/zenodo.1488054.
For correspondence: Vdovenko S.I., е-mail: [email protected]. Conflict of interests. The authors are declaring absence of conflict of interests. Financing. The study had no sponsor support.
Received 11.08.18 Accepted 02.10.18
Дальневосточный регион имеет ярко выраженные особенности природного, экономического и социального характера: специфические климатические условия; удаленность от основных экономических центров страны; специфический характер формирования трудовых ресурсов региона [1]. В связи с этим особую значимость представляет изучение процессов формирования региональной нормы мор-фофункциональных показателей для жителей, проживающих в конкретных климатогеографических условиях Севера, что необходимо для определения эколого-физиологического портрета различных групп населения. Магаданская область, входящая в состав Дальневосточного Федерального округа - это типичный пример региона с экстремальными условиями проживания, при этом она подразделяется на различные в природном отношении территории: приморскую и континентальную, существенно отличающихся по уровню дискомфортности воздействия на организм человека природно-климатических факторов [2], очень морозной зимой, тёплым летом и малым количеством осадков.
При этом климатические условия Севера, такие как холод, сочетание колебаний температуры и атмосферного давления, высокой относительной и низкой абсолютной влажности, жесткого ветрового режима, значительных изменений солнечной актив-
ности, своеобразие поведения магнитных полей, резкой фотопериодичности и выраженного УФ-дефицита обусловливают особую структуру климата северных регионов [3, 4] которая, несомненно, оказывает влияние на функциональное состояние организма, снижая его физиологические резервы и увеличивая «цену адаптации». Проживание человека в этих условиях обусловливает напряжение функциональных систем, создавая большой риск нарушения или утраты здоровья населения [5] на фоне сложной перестройки гомеостатических систем организма, которая далеко не у всех проходит успешно [6].
Материалы и методы
Для решения поставленной цели было проведено комплексное обследование морфофункционального состояния организма 327 юношей в возрасте 17-21 год, постоянных жителей Магаданской области, из которых 140 человек представляли собой лица, проживающие в приморской зоне (г. Магадан), 115 человек -проживающие в континентальной зоне (г. Сусуман) и 72 человека - жителей пос. Стекольный.
Для оценки функциональных возможностей газотранспортной систем у испытуемых определялось время максимальной задержки дыхания на вдохе и выдохе (пробы Штанге и Генчи) с контролем насыщения гемоглобина кислородом методом фото-оксигемометрии (НЬ02, %) при помощи пульсиок-
симетра «№В-40» (США). Параметры оксигенации артериальной крови и ЧСС регистрировали перед пробой и на пике ее выполнения.
Для оценки газообмена и части показателей внешнего дыхания у юношей с помощью регистратора эр-госпирометрических показателей «Марафон» производства «МедПАСС» (Россия) определялись уровни концентрации кислорода (02, %) и углекислого газа (С02, %) в выдыхаемом воздухе, частота дыхания (ЧД, цикл/мин), дыхательный объем (ДО, мл), минутный объем дыхания (МОД, л), потребление кислорода (ПО2, мл/мин), дыхательный коэффициент (ДК, усл. ед.) и энергозатраты в состоянии покоя (ккал/мин). Обследования проводились в помещении с комфортной температурой воздуха, преимущественно в первой половине дня.
Показатели функции внешнего дыхания (ФВД) индексировались в открытой системе «объем-поток» с помощью спироанализатора КМ-АР-01 «Диамант-С» (Россия). Запись проводилась в помещении с комфортной температурой воздуха. Все базовые характеристики ФВД автоматически сравнивались с должными значениями, представляющими собой величины, рассчитанные для популяции жителей Центральной
части России [7]. Анализировались 18 показателей: жизненная и форсированная емкость легких (ЖЕЛ; ФЖЕЛ, л), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1, л), пиковая объемная скорость (ПОС, л/с), мгновенные объемные скорости на участках 25%, 50%, 75% от ФЖЕЛ (МОС25%; МОС50%; МОС75%, л/с), средняя объемная скорость (СОС25-75%), л/с, а также два индекса бронхообструкции - Генслера и Тиффно (ИТ; ИГ, %).
Все юноши добровольно участвовали в исследованиях, которые проводились при письменном информированном согласии испытуемых и с соблюдением требований биомедицинской этики. Полученные результаты подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ <^а^йса 7.0» Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро-Уилка. Результаты параметрических методов обработки представлены в виде среднего значения (М) и ошибки средней арифметической (±т). Статистическая значимость различий определялась с помощью ^критерия Стьюдента для независимых выборок. Критический уровень значимости (р) в работе принимался равным 0.05.
Таблица 1
Показатели газообмена у молодых людей, проживающих в различных регионах Магаданской области (М±т)
Наименование показателя Регион обследования Значимость различий между исследуемыми группами
Магадан (1) Стекольный (2) Сусуман (3) 1-2 2-3 1-3
ДО, мл 643,3±21,1 552,5±20,7 562,3±18,7 р<0,05 р=0,73 р<0,05
ЧД, цикл/мин 16,2±0,4 18,1±0,5 15,5±0,6 р<0,05 р<0,05 р=0,34
Уровень СО2 в выдыхаемом воздухе, % 3,2±0,0 3,4±0,06 2,6±0,03 р<0,05 р<0,05 р<0,05
Уровень О2 в выдыхаемом воздухе, % 17,2±0,04 17±0,1 16,5±0,1 р<0,05 р<0,05 р<0,05
ДК, усл.ед. 0,8±0,01 0,9±0,0 0,6±0,0 р<0,05 р<0,05 р<0,05
ПО2, мл/мин 315,3±6,8 294,2±8,6 334±11,4 р<0,05 р<0,05 р=0,17
МОД, л 8,6±0,2 9,3±0,3 8,4±0,3 р<0,05 р<0,05 р=0,58
КИО2, мл/л 33,6±0,5 30,9±0,6 38,6±0,6 р<0,05 р<0,05 р<0,05
Энергозатраты, ккал/мин 1,7±0,0 1,5±0,0 1,7±0,1 р<0,05 р<0,05 р=1
Таблица 2
Показатели оксигенации артериальной крови у молодых людей, проживающих в различных регионах Магаданской области (М±т)
Наименование показателя Регион обследования Значимость различий между исследуемыми группами
Магадан (1) Стекольный (2) Сусуман (3) 1-2 2-3 1-3
Время пробы Генчи, с 32±1,6 20,9±1,4 30,3±1,4 р<0,05 р<0,05 р=0,43
НЬ02 фон, % 99,2±0,2 99±0,2 99,3±0,1 р=0,48 р=0,19 р=0,66
ЧСС фон, уд./ мин 81,2±1,9 78,8±1,5 78,3±1,8 р=0,33 р=0,83 р=0,27
Уровень НЬ02 на пике пробы Генчи, % 95,4±0,6 97,5±0,3 97,1±0,4 р<0,05 р=0,43 р<0,05
ЧСС на пике пробы Генчи, уд/мин 78,2±2,1 75±1,6 75,4±1,8 р=0,23 р=0,87 р=0,32
Таблица 3
Показатели внешнего дыхания у молодых людей, проживающих в различных регионах Магаданской области (М±т)
Наименование показателя Регион обследования Значимость различий между исследуемыми группами
Магадан (1) Стекольный (2) Сусуман (3) 1-2 2-3 1-3
ЖЕЛ, л 5,2±0,1 4,75±0,08 5,1±0,1 p=0,1 p<0,01 p=0,48
ЖЕЛ, % 104±1,0 98±1,29 103±1,6 p<0,001 p<0,05 p=0,6
ФЖЕЛ, л 4,9±0,1 4,64±0,09 4,71±0,1 p<0,001 p=0,61 p<0,05
ФЖЕЛ, % 101±1,0 98±1,41 97±1,7 p=0,09 p=0,65 p<0,05
ОФВ,, л 4,5±0,1 4,2±0,08 4,3±0,1 p<0,05 p=0,44 p<0,05
ОФВ,, % 105±1,0 102±1,5 101±1,3 p=0,1 p=0,62 p<0,05
ПОС, л 9,7±0,13 9,6±0,21 9,1±0,16 p=0,69 p<0,05 p<0,01
ПОС, % 106±1,4 107±2,07 100±1,5 p=0,69 p<0,01 p<0,01
МОС25%, л/с 8,7±0,14 8,62±0,23 8,5±0,17 p=0,77 p=0,68 p=0,37
^^ % 106±1,6 108±2,61 104±1,9 p=0,52 p=0,22 p=0,43
МОС50%, л/с 6,4±0,12 6,11±0,22 6,3±0,15 p=0,25 p=0,48 p=0,61
^^ % 111 ±2 110±3,88 111±2,5 p=0,82 p=0,83 p=1
МОС75%, л/с 3,8±0,1 3,57±0,16 4,2±0,13 p=0,23 p<0,01 p<0,05
МОС75%, % 135±3,4 131±5,67 150±4,6 p=0,55 p<0,05 p<0,05
СОС25-75%, л/с 6,3±0,1 5,79±0,18 6,3±0,13 <0,05 p<0,05 p=1
СОС25-75%, % 112±1,8 110±2,66 113±2,2 p=0,54 p=0,39 p=0,73
ИТ, % 86±0,9 88±1,23 84±1,1 p=0,2 p<0,05 p=0,17
ИГ, % 92±0,01 91±0,97 92±0,01 p=0,31 p=0,31 p=1
Результаты
В табл. 1 представленные показатели газообмена у юношей из трех климато-географических зон. Видно, что по всем без исключения показателям наблюдались выраженные межгрупповые различия и лишь в пяти случаях таких отличий зафиксировано не было (ДО для лиц из 2-й и 3-й групп и ЧД, ПО2, МОД, энергозатраты - для юношей из групп 1-3).
В табл. 3 представлены показатели внешнего дыхания юношей, проживающих в различных регионах Магаданской области. Видно, что в основном значимая динамика была зафиксирована для групп г. Магадан - г. Сусуман и пос. Стекольный - г. Магадан. Следует отметить, что большинство различий затрагивали объемные величины и проходимости дистальных бронхиол. При этом, большинство максимальных значений показателей ФДВ были зафиксированы у юношей г. Магадана, а большинство минимальных - у лиц из пос. Стекольный.
Обсуждение
Из табл. 1 видно, что энергозатраты в состоянии покоя были наименьшие у лиц из пос. Стекольный, у которых также были зафиксированы минимальные среди всех групп юношей значения ПО2 и КИО2. При этом, у них значительно увеличивался минутный объем дыхания, который составлял 9,3 л и был максимальным среди юношей всех обследованных групп. Данный вариант обеспечения организма кислородом - за счет вентиляторных процессов, а не за счет диффузионной способности легких, является более энергоемким и, соответственно, менее выгодным [8]. Следует особо отметить, что МОД возрастал не за счет дыхательного объема, а за счет увеличения частоты дыхания, что также
рассматривается исследователями как неэкономичный вариант усиления легочного дыхания [8].
У лиц, проживающих в наиболее экстремальной климато-географической зоне (г. Сусуман) были зафиксированы минимальные значения МОД и ЧД, а показатели КИО2 и ПО2 у юношей данной групп были максимальными. Это свидетельствует, с одной стороны, об эффективной реализации механизма защиты от респираторных теплопотерь, а с другой -об усилении диффузии кислорода между кровью и альвеолярным воздухом и улучшении функции транспортировки кислорода в организме [9]
При рассмотрении показателей ФВД (табл. 3) можно отметить снижение общей воздухонаполняемости легких у жителей пос. Стекольный относительно лиц из г. Магадана, у которых значимо была ниже жизненная и форсированная емкость легких, а также объем форсированного выдоха за первую секунду. При этом, сравнивая г. Магадан и г. Сусуман, следует отметить также снижение и пиковой объемной скорости у последних. Установлено, что отделы респираторной системы имеют наибольшую относительно всех тканей организма поверхность контакта со внешней средой [10]. Вдыхание воздуха с низкой температурой вызывает ослабление эффективности легочной респирации и может способствовать появлению спазмов в верхних дыхательных путях и затруднение в обеспечении организма кислородом [11, 12]. Ранее проведенными исследованиям было установлено, что в таких условиях происходит понижение объема легочной вентиляции, направленное на снижение охлаждения респираторной ткани вдыхаемым холодным воздухом [13]. Очевидно, что наблюдаемая динамика уменьшения воздухонос-
ности с ростом экстремальности абиотических факторов служит защитой от негативного влияния низких температур атмосферного воздуха континентальной и «переходной» зон проживания.
В то время как проходимость крупных и средних бронхов оставалась без изменений, значительные отличия были обнаружены для более глубоких структур легочного дерева. Так, наибольшие значения МОС75% - индикатора состояния дистальных бронхиол, а также СОС25-75%,, являющимся чувствительным индикатором повышения сопротивляемости легочного дерева [14], фиксировались у лиц из г. Сусумана, что может быть связано с повышенным кислородным запросом организма проживающих здесь юношей, а также компенсацией сниженных объемных величин легочной вентиляции.
Заключение
Исходя из вышеизложенного, можно констатировать, что компенсаторно-приспособительные сдвиги в работе функциональных систем организма юношей приморской, континентальной и резко-континентальной климато-географической зон формируются различными путями. В то время, как у юношей г. Магадана наблюдается повышение воздухоносности верхних участков легких и дыхательного объема, у обследованных из других районов отмечается обратный процесс, направленный на защиту бронхиальных структур от действия холодового фактора внешней среды. У лиц, проживающих в условиях «переходного» климата пос. Стекольный отмечается снижение функции дыхательной и газотранспортной систем организма (наименьшие показатели ЖЕЛ, ФЖЕЛ, МОС75%, ПО2, КИО2), а также гипоксически-гиперкапнической устойчивости (по показателям пробы Генчи, табл. 2). Для юношей г. Сусумана, проживающих в самых жестких климатических условиях, было установлено энергетически наиболее выгодное и максимально эффективное взаимодействие функциональных систем, что служит основой для поддержания гомеостатичности внутренней среды организма при адаптации к негативным абиотическим факторам внешней среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Луценко М.Т. Состояние здоровья населения дальневосточного региона и факторы, его определя-
ющие // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 1998; 1: 4-14.
2. Максимов А.Л. Концептуальные и методические подходы к комплексному районированию территорий с экстремальными условиями проживания. Магадан: СВНЦ ДВО РАН; 2006; 54 с.
3. Гудков А. Б., Попова О.Н., Пащенко А.В. Физиологические реакции человека на локальное холодовое воздействие. Архангельск: Изд-во Северного государственного медицинского университета; 2012; 145 с.
4. Карпин В.А. Актуальные проблемы северной магнитобиологии // Экология человека. 2014; 4: 3-10.
5. Агаджанян Н.А., Ермакова Н.В. Экологический портрет человека на Севере. М.: КРУК; 1997. 212 с.
6. Хаснулин В.И., Чечеткина И.И. Северный стресс, формирование артериальной гипертензии на севере, подходы к профилактике и лечению // Экология человека. 2009; 6: 26-30.
7. Клемент Р.Ф., Лаврушин А.А., Тер-Погосян П.А., Котегов Ю.М. Инструкция по применению формул и таблиц должных величин основных спирографических показателей. Л.: МЗ СССР, ВНИИ пульмонологии; 1986; 79 с.
8. Попова О.Н. Характеристика адаптивных реакций внешнего дыхания у молодых лиц трудоспособного возраста, жителей европейского Севера: авто-реф. дис... д-ра мед. наук. М; 2009; 39 с.
9. Неверова Н.П. Состояние вегетативных функций у здоровых людей в условиях Крайнего Севера: авто-реф. дис. ... д-ра мед. наук. Новосибирск; 1972; 39 с.
10. Guyton A.C. Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: London: Toronto: Tokyo; 2006; 562 p.
11. Евдокимов В.Г. Функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем человека на Севере: дис. ... д-ра биологич. наук. Сыктывкар; 2004; 287 с.
12. Милованов А.П. Адаптация малого круга кровообращения человека в условиях Севера. Новосибирск: Наука; 1981; 172 с.
13. Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.В. Функциональные механизмы изменений внешнего дыхания при осенне-зимнем понижении температуры воздуха // Экология человека; 2012; 7: 3-6.
14. Konkabaeva A.E., Bakysheva B.M., Kystaubaeva Z.T., Tykezhanova G.M., Seitov E.T. Assessment of respiratory function in students, residing in different Industrial areas. European Researcher. 2013; 56(8-1): 2017-2022.
Сведения об авторах
Аверьянова Инесса Владиславовна, к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории физиологии экстремальных состояний Федерального государственного бюджетного учреждения науки Научно-исследовательского центра «Арктика» Дальневосточного отделения Российской академии наук (НИЦ «Арктика» ДВО РАН), 685000, г. Магадан, пр. Карла Маркса д. 24, e-mail: [email protected];
Вдовенко Сергей Игоревич, мл. научный сотрудник лаб. физиологии экстремальных состояний Федерального государственного бюджетного учреждения науки Научно-исследовательского центра «Арктика» Дальневосточного отделения Российской академии наук (НИЦ «Арктика» ДВО РАН), 685000, г. Магадан, пр. Карла Маркса д. 24, 685000, г. Магадан, пр. Карла Маркса д. 24, e-mail: [email protected].
