CC BY
40
УДК 612.014.4:574.24 А.А. Машанов, Б.Н. Варава
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОМЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К НОВЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ
В статье рассмотрены общие закономерности адаптационных процессов на уровне клетки, характеризующие реакции организма к экологическим условиям Крайнего Севера.
Регионы Крайнего Севера занимают значительную часть территории нашей страны и характеризуются сложными, а во многом и экстремальными, экологическими условиями, ухудшающимися по мере развития в них промышленности. Экологические условия Крайнего Севера предъявляют повышенные требования к организму человека с включением сложного комплекса приспособительных реакций.
Изучение адаптации человека к новым экологическим условиям позволяет уточнить механизмы регуляции жизнеобеспечения организма, оценить резервные возможности отдельных его систем. Одним из методологических приемов, используемых с этой целью, является исследование процессов адаптации при быстрых перемещениях человека в контрастные по отношению к привычным для него условиям проживания.
Иммунная система принимает самое активное участие в адаптационных реакциях организма. Известны и разнообразные изменения, происходящие в системе организма при переезде человека в новые экологические условия.
От функциональной активности лимфоцитов зависит способность организма к реализации иммунного ответа, а полноценное проявление этих функциональных возможностей происходит только при соответствующем состоянии внутриклеточного метаболизма [6] и мембран клеток, которое в значительной степени обусловлено их липидным спектром [1].
Исследованиями, проведенными нами в Заполярье в зимний период времени, изучены показатели липидного спектра с помощью метода тонкослойной хроматографии, а активность ряда ферментов биолю-минесцентным и цитохимическим методами в лимфоцитах у 200 здоровых мужчин 18-25 лет в динамике начального периода адаптации (до 1,5 лет). Показатели лимфоцитов сопоставлены с концентрацией кортизола и инсулина в сыворотке крови и содержанием катехоламинов в лейкоцитах крови, гематологическими показателями (лейкограмма, гематокрит, СОЭ.). В результате исследований получены подтверждения активного участия лимфоцитов в осуществлении реакций приспособления организма к новым условиям проживания. Установлено, что характерной чертой этого приспособления является увеличение общего числа лимфоцитов в периферической крови через несколько дней после переезда обследованных лиц в новый регион. В последующем наблюдаются колебательные изменения данного показателя с тенденцией приближения его к уровню, отмеченному у представителей второго и третьего поколений пришлого населения Севера.
Количество общих липидов (ОЛ) при проведении исследований на Крайнем Севере в зимний сезон года было ниже, чем при адаптации данного контингента к условиям средней полосы Сибири. Со стороны изучаемого показателя отмечались фазные изменения, причем, максимальное содержание ОЛ наблюдалось через 4-6 дней и после 1 года проживания в Заполярье, а минимальный в период 1-6 месяцев ( табл.1).
Понижения показателя ОЛ было обусловлено снижением в клетках содержания всех основных фракций (ФЛ - фосфолипиды, ХОЛ - холестерин, СЖК - свободные жирные кислоты, ТАГ - триацилглицериды, ЭХ - эфиры холестерина).
Количественный анализ изменения популяции лимфоцитов периферической крови обследованных мужчин сопровождался перестройками в липидном спектре и активности внутриклеточных ферментов. При сопоставлении изменений липидного спектра лимфоцитов и активности в них дегидрогеназ установлено, что выраженность приспособительных реакций со стороны структурно-метаболических параметров клеток достигла максимума через 4-6 дней после переезда обследованных лиц на Север. В эти сроки адаптации отмечались наибольшие изменения в лимфоцитах как количества общих липидов и их различных фракций (СЖК, ТГ, ЛФЛ, СФМ), так и активности ряда ферментов (ЛДГ, СДГ, Г3ФДГ). В следующие сроки обследования (10 и 20 дней) отмечена динамика многих липидных и ферментных показателей, однако в дальнейшем выраженность изменений и их синхронность постепенно уменьшались (табл. 2).
ВестникКрасТЯУ- 2006. №11
Изучение структурно-метаболических показателей позволило установить некоторые механизмы субклеточных перестроек лимфоцитов в динамике адаптации, которые обеспечивают их функциональные возможности. Во-первых, за счет усиления обмена липидов в клетках, поочередной интесификации в них процессов липолиза или липогенеза. Во-вторых, за счет повышения в мембранах трудноокисляемых липидов и холестерина в разные сроки адаптации. Также происходила активация внутриклеточных ферментов, особенно работающих в энергопродуцирующих циклах. Изменения внутриклеточных процессов лимфоцитов происходили на фоне изменений факторов регуляции - концентрации кортизола и инсулина в сыворотке крови обследованных мужчин и содержания катехоламинов в лейкоцитах.
Исследование состава популяции Т-лимфоцитов переферической крови позволило установить наличие с ее стороны выраженных приспособительных реакций при адаптации человека к условиям Заполярья. Максимальные изменения в течение адаптации были зарегистрированы со стороны количества Т-хелперов и незрелых Т-лимфоцитов, увеличение которых отмечалось через 6-10 дней после переезда обследованных мужчин на Север. Показатели сохранялись на высоком уровне до окончания периода наблюдений, причем, наиболее выраженное повышение числа Т-клеток наблюдалось в течение первого месяца адаптации.
Известно, что под влиянием антигенной стимуляции, несомненно усиливающейся при переезде человека в новые условия проживания и встрече при этом с новой микрофлорой, популяция лимфоцитов периферической крови способна достаточно быстро обновляться. По всей видимости, пополняясь высокоактивными клетками резерва из вторичных лимфоидных органов и усиления пролиферации лимфоцитов, а затем при сохранении стимулирующих воздействий недостаточно дефференцированными, незрелыми в функци-оннальном плане клетками из первичных органов иммунной системы.
Установленные изменения липидного спектра клеток и внутриклеточного метаболизма, корреляции их с функциональным состоянием иммунной системы отвечают на вопрос: в какой степени структурнометаболические параметры лимфоцитов периферической крови зависят от изменений обменных процессов в самих клетках, которые происходят под воздействием регуляторных влияний организма и насколько они обусловлены изменениями их популяционного состава, отмечаемыми в процессе адаптации.
Наиболее существенные изменения среди всех изученных нами в этом эксперименте энзимов (Г6ФДГ, Г3ФДГ, ЛДГ, МДГ) отмечены со стороны Г6ФДГ - фермента пентозофосфатного пути окисления глюкозы. Уровень этой дегидрогеназы является маркерным показателем функциональных возможностей лимфоцитов. Одним из физиологических значений этого метаболического пути заключается в образовании пентозы, необходимой для синтеза РНК. В связи с чем активность ключевого фермента цикла Г6ФДГ особенно высока в растущих и пролиферирующих клетках.
Полученные данные позволили сделать заключение о том, что перестройка популяционного состава лимфоцитов крови здоровых мужчин, происходящая в процессе их адаптации к условиям Заполярья в зимний период года, сопровождается выходом в периферическую кровь клеток, рецепторный аппарат которых в течение первых 2,5-3-х недель адаптации не способен достаточно адекватно реагировать на гуморальные факторы регуляции.
Несбалансированность основных гомеостатических систем организма - нейроэндокринной и иммунной - по-видимому, является одной из причин функциональной несостоятельности иммунитета, проявляющейся наиболее часто повышением числа инфекционно-воспалительных заболеваний и обострением хронической патологии в течение первого месяца адаптации человека.
Зависимость частоты развития вирусных и бактериальных инфекций от функционального состояния иммунной системы не требует доказательств. Однако, связь заболеваемости с метаболическими параметрами лимфоцитов крови не столь бесспорна.
Рядом авторов отмечается, что при нарушении энергетики лимфоцитов, возникающей при белковоэнергетической недостаточности питания у детей, развиваются вторичные иммунодефицитные состояния, сопровождающиеся снижением активности ЛДГ и МДГ лимфоцитов.
Изменения активности ферментов лимфоцитов при энзимопатиях у детей, в результате которых развивались иммунодефицитные состояния, описывают И.С. Подосинников и М.Л. Чухловина [4].
На взаимосвязь метаболических и функциональных параметров лимфоцитов указывают и многие другие авторы [5].
Взвестно, что иногда срывы адаптации и нарушения иммунореактивности наступают и при гиперреактивности ферментов энергетического цикла, в частности, СДГ.
Для оценки информативности прогностических возможностей метаболических параметров лимфоцитов нами проведено сопоставление исследованных показателей в двух группах обследованных лиц. Все практически здоровые военнослужащие, прошедшие обследование и наблюдавшиеся затем в течение
2-х лет адаптации, были распределены на 2 группы, включающих практически здоровых и группу лиц, перенесших в течение периода наблюдения какие-либо бактериальные или вирусные заболевания верхних дыхательных путей. Проведенный анализ заболеваемости среди обследуемого контингента выявил число заболевших (в Сибири - 38,89% от числа обследованных; в Заполярье - 53,66%).
С целью исследования динамики изменения показателей процесса адаптации организма человека к новым экологическим условиям, был использован модифицированный алгоритм Прони. В основе метода лежит способ идентификации динамических показателей системы, описываемых с помощью линейных дифференциальных уравнений конечного порядка с постоянными коэффициентами [3]. Исходной информацией для указанного алгоритма является набор клинико-лабораторных данных, заданных на равномерной либо приведенной к равномерной сетке. При этом исходный набор данных может отражать изменение динамического показателя как для одного человека, так и однородной группы объектов. Например, для здоровых и больных людей. Класс функций, описывающих динамику процесса, является решениями линейных дифференциальных уравнений конечного порядка, как правило, 2-го или 3-го порядка. Экспоненциональные и экспоненцианально-гармонические функции этого класса позволяют получить теоретические кривые прогноза поведения показателей исследуемой системы с достаточной точностью. Кроме того, полученные расчетные параметры кривой прогноза имеют размерность значительно меньшую, чем вектор исходных данных. Это позволяет использовать расчетные параметры при анализе значительных массивов исходных клиниколабораторных данных. Например, при выявлении закономерностей процессов, связанных с адаптацией человека к новым экологическим условиям [2].
Программная реализация модифицированного алгоритма Прони, выполненная в среде программирования Borland Builder C++, позволяет проводить подробные исследования динамики показателей систем организма.
На основе программной реализации данной модификации алгоритма Прони был проведен анализ динамики изученных показателей. Причиной описания таких данных является актуальность проблемы изучения процессов физиологической адаптации организма человека к различным климатогеографическим регионам и формирование закономерностей адаптационных возможностей организма человека.
Данный алгоритм был использован при анализе уровня различных компонентов крови (эритроцитов, лейкоцитов, глюкозы, сахаров, липидов). Получены следующие интересные результаты: во-первых, выяснено, что модифицированный алгоритм Прони позволяет достаточно точно описать динамику изменения содержания компонентов крови у различных групп населения, во-вторых, в значениях показателей здоровых и больных (перенесших ОРЗ, бронхиальную астму и др.), а также у групп населения, проживших менее 1 месяца и более 1 года в экстремальных природных условиях, выявлены существенные различия.
Полученные показатели, обработанные модифицированным методом Прони, позволяют выявить зависимости липидных и ферментных показателей от состояния гуморальной регуляции организма и построить в дальнейшем прогноз данных показателей, что отражено на графиках (рис. 1-4).
Приспособительные изменения лейкоцитов и лимфоцитов крови при адаптации человека к новым экологическим условиям носят фазные изменения, которые отмечаются в разные сроки. При этом показатели у заболевших выше показателей здоровых лиц.
Анализ динамики общих липидов лимфоцитов крови выявил колебательный характер с чередованием повышения и снижения этих показателей в зависимости от срока адаптации.
Со стороны регуляторных веществ (кортизола) в сыворотки крови можно выделить этапность изменения этого показателя у заболевших лиц.
Показатели активности фермента Г6ФДГ имели фазный характер в зависимости от срока проживания. При этом пики активности данного фермента выше показателей заболевших, что отражает интенсивность синтетических и пластических процессов в клетке, а в конечном итоге ее пролиферацию.
Учитывая, что при многих физиологических состояниях напряжения функционирование клетки отмечается либо активацией в ней энергопродукции, либо процессов синтеза (в данном случае имеет место разнонаправленное функционирование физиологических показателей, липидного обмена и ферментов), описанные выше изменения могут служить диагностическими маркерами адаптационных процессов в организме, которые отражают выход в периферическую кровь молодых форм лейкоцитов, обладающих высоким метаболизмом, которые обладают высокой способностью как к выработке АТФ, так и к синтетическим регуляциям. Этот выход молодых форм объясняется выходом стрессовых гормонов, которые на физиологических концентрациях способны вызывать лизис лимфоцитов и стимулировать обновления и их популяции. Это определенно доказывает и изменения спектра липидных фракций, в частности, увеличение содержаний суммарного количества липидов в клетке.
Рис. 1. Показатели лейкоцитов крови у здоровых и заболевших в динамике адаптации к условиям Крайнего Севера
300
заболевшие^)
<^здоровые^>
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Содержание липидов (гх 10-12/кл ) в лимфоцитах здоровых мужчин в динамике адаптации к условиям Заполярья (М+т)
Показатель 1-й день, п=14 4-6 дней, п=16 9-12 дней, п=33 23-24 дня, п=19 1-2 месяца, п=29 0,5 года, п=11 1 год, п=37 1,5 года, п=12
ОЛ 6,75 +0,76 7,69+0,35 6,61+0,23 Р2<0,01 6,99+0,48 5,78+0,24 Р4<0,05 5,55+0,28 7,09+0,31 Р6<0,01 6,69+0,58
ФЛ 1,92+0,14 1,83+0,27 1,78+0,06 1,98+0,10 Р3<0,01 1,72+0,08 Р4<0,01 1,70+0,07 2,02+0,10 Р5<0,05 2,14+0,29
ХОЛ 1,06+0,08 1,22+0,11 0,89+0,04 Р2<0,05 0,95+0,10 0,76+0,05 Р4<0,1 0,86+0,06 1,07+0,06 Р5<0,01 1,05+0,10
СЖК 0,81+0,07 1,15+0,08 Р1<0,01 0,90+0,04 Р2<0,05 0,84+0,09 0,74+0,05 Р3<0,05 0,99+0,07 0,99+0,01 Р5<0,05 0,80+0,07 Р7<0,1
ТАГ 1,11+0,12 1,48+0,08 Р1<0,05 1,34+0,07 1,23+0,10 1,12+0,08 Р2<0,01 1,10+1,10 1,32+0,09 1,03+0,12 Р7<0,1
ЭХ 1,63+0,24 1,76+0,10 1,48+0,07 Р2<0,05 1,56+0,18 1,22+0,09 Р4<0,1 0,88+0,10 Р4<0,01 1,58+-0,09 Р5<0,01 1,21+-0,09 Р7<0,05
ЛФЛ 0,08+0,02 0,02+0,01 Р1<0,05 0,02+0,01 0,08+0,02 Р3<0,05 0,07+0,01 0,07+0,02 0,05+0,01 0,06+0,03
СФМ 0,20+0,03 0,28+0,03 Р1 <0,05 0,26+0,02 0,22+0,02 0,22+0,02 0,25+0,03 0,25+0,02 0,25+0,02
ФХ 0,49+0,03 0,54+0,03 0,52+0,02 0,56+0,04 0,48+0,03 0,47+0,02 0,54+0,03 Р6<0,1 0,72+0,10 Р6<0,05
ФЭА 0,77+0,06 0,67+0,03 0,62+0,003 Р1<0,05 0,74+0,06 Р3<0,1 0,58+0,03 Р4<0,05 0,58+0,03 0,70+0,04 Р6<0,05 0,61+0,09
ХОЛ/ФЛ 0,55+0,03 0,67+0,04 Р1<0,05 0,50+0,04 Р2<0,01 0,47+0,03 0,43+0,03 0,51+0,05 0,53+0,04 Р5<0,05 0,49+0,04
СЖК/ТАГ 0,76+0,03 0,79+0,05 0,72+0,04 0,68+0,06 0,69+0,03 0,74+0,05 0,80+0,04 Р5<0,05 0,81+0,06
Активность внутриклеточных ферментов лимфоцитов периферической крови здоровых мужчин в динамике адаптации к условиям Севера в зимний сезон года (Х+х, Р)
Срок после приезда на Север
Показатель 1-й день 4-6 дней 9-20 дней 23-24 дня 1-2 месяца 0,5 года 1 год 1,5 года
(М) (14) (15) (34) (14) (27) (11) (28) (7)
МкЕ/10000 кл Результаты биолюминесцентного метода исследования
Г6ФДГ 3,70+0,84 1,87+1,17 12,75+2,06 Р2<0,001 4,30+1,88 Р3<0,01 5,97+1,15 8,05+3,76 9,75+1,59 6,15+5,25
Г3ФДГ 3,17+1,25 0,68+0,15 0,40+0,18 Р1 <0,05 0,58+0,28 0,45+0,10 0,93+0,33 0,53+0,15 0,56+0,27
ЛДГ 11,73+5,22 1,11+0,23 Р1<0,05 0,61+0,17 Р1<0,05 1,37+0,36 1,28+0,25 Р3<0,05 0,95+0,25 0,18+0,30 0,91+0,26
МДГ 38,02+13,89 32,12+10,14 27,63+2,78 30,60+9,63 27,08+3,78 27,79+3,42 30,01+3,94 22,15+5,20
10-11 моль / 10000кл
АТФ 3,41+0,83 2,93+0,86 2,98+0,55 5,31+2,25 4,19+0,95 4,38+2,12 3,37+0,89 4,09+1,81
ВестникКрасТЯУ- 2006. №11
Количественный анализ процессов начального периода адаптации системы крови липидных фракций
и активности некоторых ферментов позволяет выявить определенные закономерности и возможности прогнозирования срывов адаптации у лиц, прибывших в новые экологические условия.
Литература
1. Булыгин, Г.В. Метаболические основы регуляции иммунного ответа / Г.В. Булыгин, Н.И. Камзалакова, А.В. Андрейчиков. - Новосибирск, 1999. - 346 с.
2. Варавва, Б.Н. Количественная оценка некоторых показателей функционально-метаболических параметров при адаптации человека к новым экологическим условиям / Б.Н. Варава, А.А. Машанов. - Красноярск, 2000
3. Маейргойз, Л.С. О методе гармоничного разложения Прони / Л.С. Маейргойз, Б.Н. Варава // Комплексный анализ и дифференциальные уравнения. - Красноярск, 1996. - С. 86-94.
4. Подосинников, И.С. Метаболизм и функция лимфоцитов при первичных иммунодефицитных состояниях / И.С. Подосинников, М.Л. Чухловина // Иммунология. - 1986. - №4. - С. 30-33.
5. Робинсон, М.В. Морфология и метаболизм лимфоцитов / М.В. Робинсон, А.Б. Топоркова, В.А. Труфакин. - Новосибирск: Наука, 1986. - 128 с.
6. Циркадные вариации метоболической реакции лимфоцитов крови людей на гормональные симулы в норме и при развитии иммунодефицита / В.А. Труфакин, А.В. Шурлыгина, Т.И. Дергачева, Г.И. Литвиненко // Бюл. эксперим. биол. и мед. - 1995. - Т. 119. - № 2. - С. 181-183.
УДК 34:502:621.311.2 Н.Н. Цугленок, О.Г. Морозова, В.В. Матюшев,
А.В. Ткаченко, Н.С. Веселкова, П.С. Светличный
ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОГО АКВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ГРЭС
Современная экономическая ситуация характеризуется расширением масштабов промышленного и сельскохозяйственного производства. Водный фактор играет решающую роль при размещении и нормальном функционировании практически всех видов производств, в том числе предприятий энергетики. Проблема рационального использования местных водных ресурсов приобретает особое значение в условиях новой экономической ситуации в России. Об этом размышляют авторы статьи.
Основной экологической проблемой является ухудшение качества воды водохранилищ вследствие нарушения функционирования водных экосистем под антропогенным воздействием, что приводит к эвтро-фированию и отрицательным социальным, техническим и экономическим последствиям. Задачи мониторинга эвтрофирования водоемов в настоящее время успешно решены; разработаны мероприятия по предотвращению негативных последствий антропогенного воздействия на водные объекты.
Однако существующие тенденции ухудшения качества природных вод и необходимость увеличения масштабов производства энергии из-за возрастающей численности населения планеты требуют создания научных основ экологически обоснованного природопользования водными ресурсами. Оно должно совмещать потребности технического прогресса при сохранении условий для нормального функционирования природных водных сообществ, заботиться о здоровье человека; быть обоснованным и отвечать юридическим нормам экологического права.
Объектом нашего исследования стал водоем-охладитель Березовской ГРЭС-1 и питающие его реки. Водоем-охладитель БГРЭС-1 находится в Шарыповском районе, в юго-западной части Красноярского края. Он сооружен в 1986 г. зарегулированием стока р. Берешь, принадлежащей бассейну Верхнего Чулыма, в районе впадения в нее рек Базыр и Кадат. Характер регулирования стока водоема сезонный. В маловодные годы водообмен осуществляется лишь один раз в год.
