CC BY
93
Вестник ДВО РАН. 2007. № 6
75леТ
А.Л.МАКСИМОВ, Н.Н.МАКСИМОВА дво
РАН
Развитие в ДВО РАН исследований по адаптации и экологии человека на Северо-Востоке России
Анализируется формирование в ДВО РАН исследований по адаптации и экологии человека на Северо-Востоке России. Рассматриваются важнейшие научные результаты, полученные в рамках проводимых исследований, для решения фундаментальных и прикладных задач жизнеобеспечения аборигенного и пришлого населения
северных регионов.
FEB RAS investigations on human adaptation and ecology in the North-East of Russia. A.L.MAXIMOV, N.N.MAXIMOVA (International Scientific Center «Arktika» FEB RAS, Magadan).
Analysis of development of investigations in the field of human adaptation and ecology in the North-East of Russia, carried out in FEB RAS is given in the paper. The most important scientific results obtained within the framework of on-going research on solution of fundamental and applied life-support issues for aboriginal and new-coming population in the North regions are considered.
Систематические плановые исследования по проблеме адаптации человека в условиях Севера начались в Российской Федерации с 1930-х годов в основном силами немногочисленных научных коллективов Москвы и Ленинграда, работающих в системе Академии наук, здравоохранения и формирующихся структурах Севморпути. Это было связано с принятием в 1932 г. «Положения о льготах для лиц, работающих на Крайнем Севере РСФСР», обеспечившего активное освоение Советским государством обширных северных территорий. Впервые создается новая транспортная система - полярная авиация, начинаются трансарктические и циркумполярные перелеты, на побережье Северного Ледовитого океана закладываются полярные станции и базы снабжения. Привлечение и закрепление в северных регионах страны значительного числа людей, формирование устойчивой инфраструктуры жизнеобеспечения диктовали необходимость создания комплекса мер по сохранению здоровья и работоспособности человека при воздействии на него особых природно-климатических условий, что потребовало проведения научных исследований в области физиологии труда, гигиены питания, краевой патологии и адаптации.
Новый этап изучения экологической физиологии человека на Севере был связан с последствиями Великой Отечественной войны, вызвавшими массовый приток на Север трудоспособного населения в связи с перемещением многих крупных промышленных комплексов в Сибирь и на Дальний Восток. В этот период к исследованиям подключились институты создаваемого СО АН и АМН СССР, которые периодически организовывали научные экспедиции для изучения здоровья пришлого и аборигенного населения Камчатки, Чукотки и Якутии.
Строительство новых поселков и городов, разведка нефти и газа велись в основном на территориях с экстремальными природно-климатическими условиями, к которым организм людей не был адаптирован. Поэтому исследования физиологов были сосредоточены на изучении функциональных перестроек систем организма пришлого населения в
МАКСИМОВ Аркадий Леонидович - доктор медицинских наук, МАКСИМОВА Наталья Николаевна (Международный научно-исследовательский центр «Арктика» ДВО РАН, Магадан).
сравнении с показателями аборигенных жителей. Частично этим направлением занимался Институт биологических проблем Севера, но, так как его основные интересы заключались в исследовании флоры и фауны Магаданской области и Чукотки, изучение адаптации человека не получило должного развития.
К концу 1980-х годов был накоплен обширный материал, позволивший по-новому оценить совокупность происходящих у человека в условиях Севера физиологических перестроек и понять, что адаптация заключается в формировании организмом новой программы поддержания морфофункционального оптимума и нередко связана с негативными последствиями. К настоящему времени на Севере сформировались многочисленные популяции уроженцев 1-го и 2-го поколений (коренных жителей - не аборигенов), родители которых (мигранты) прибыли в этот регион в 1940-1950-х годах. Здоровье таких популяций, а особенно адаптивные перестройки на внутри- и межсистемных уровнях, обеспечивающие устойчивое функционирование организма при постоянном воздействии неблагоприятных природно-климатических факторов, представляли особый интерес. Оказалось, что для коренных и аборигенных жителей отсутствуют научно обоснованные региональные показатели нормы реакции физиологических систем организма в зависимости от стадий адаптационного процесса и региона проживания. Стало понятно, что северные регионы, расположенные на одной географической широте, но разной долготе, различны по воздействию на организм человека, причем наиболее отрицательные проявления наблюдаются в северо-восточном секторе Арктики. Необходимость систематических исследований в этой области стала одной из предпосылок создания в ДВО РАН специального научного учреждения - Международного научно-исследовательского центра «Арктика».
В начале 1990-х годов в Центре активно формировались структура и научные направления, но после распада СССР произошло резкое сокращение финансирования институтов Академии наук, поэтому важную роль сыграла американская часть Центра, действующая в рамках департамента по связям с Россией Университета Аляски: благодаря ему в Центре появилось первое компьютерное оборудование, с помощью американского спутника установлена телекоммуникационная связь между Университетом Аляски и институтами ДВО РАН, оказывались финансовая поддержка хронобиологических исследований, проводимых на территории Аляски, и организационное содействие при командировании российских ученых в США.
В 1994-2004 гг. поддержку в становлении Центра как самостоятельного учреждения, в формировании научных направлений и развертывании комплексных исследований оказывал академик К.В. Симаков сначала как председатель научного совета по проблемам изучения Арктики, в дальнейшем - как руководитель Северо-Восточного научного центра.
В этот период были сформированы научные направления экологической физиологии: комплексное развитие фундаментальных и прикладных исследований в области мор-фофизиологии, экологии человека и животных и разработка медико-социальных основ жизнедеятельности коренного и пришлого населения в арктических и субарктических зонах Азиатско-Тихоокеанского региона;
развитие на международной основе научно-исследовательских разработок в медикобиологических и социально-экономических областях природопользования в Арктике;
разработка математических моделей функциональных состояний человека в процессе его адаптации и жизнедеятельности в экстремальных условиях.
В 1991-1993 гг. Магаданский областной совет профсоюзов финансировал исследования по теме «Комплексная оценка условий труда и быта на горнорудных предприятиях Магаданской области». В результате впервые были определены параметры тяжести и напряженности труда с учетом экстремальных условий Крайнего Севера для основных профессий горнорабочих предприятий, ведущих шахтную разработку жильного золота. При комплексном хронобиологическом исследовании сердечно-сосудистой, эндокринной, терморегуляционной систем организма горнорабочих выявлена высокая лабильность
циркадианной структуры биоритмов, которая в значительной степени зависит от образа жизни и характера трудового процесса. Оказалось, что у каждого 4-го мужчины и каждой 2-й женщины, занятых в золотодобывающей промышленности, нарушаются физиологические показатели, проявляющиеся на уровне целого организма в виде скрытого десинх-роноза и сезонных эффективных расстройств. Результаты этих исследований были представлены в материалах различных конференций, посвященных проблемам здоровья населения различных регионов страны, опубликованы в журнале «Экология человека» [5].
При обследовании участников российско-американской экспедиции «Берингов мост», прошедших на лыжах за 2 мес более 2000 км от г. Анадырь (Чукотка) до пос. Коцебу (Аляска), основное внимание было уделено физиологии экстремальных состояний, сохранению работоспособности и жизнедеятельности человека. Впервые в натурных условиях у всех участников перехода многократно замерялись параметры кардиогемодинамики, терморегуляции, электролитного баланса, гормонального и биохимического статуса организма. Параллельно обследовались аборигенные и пришлые жители поселков, через которые пролегал маршрут. Обследование доказало, что при адаптации к экстремальным условиям основную роль играют не этнические особенности, а генофенотипический детерминированный уровень неспецифической резистентности человека, имеющий прямую корреляцию с гипоксической и холодовой устойчивостью организма.
В середине 1990-х годов в рамках международного сотрудничества с Институтом экологии и профилактики инфекционных заболеваний Министерства здравоохранения Киргизстана и Alaska-Siberia Occidental Institute (США) исследовалась роль мотивации и иерархии датчиков времени в синхронизации и формировании циркадианных ритмов человека, находящегося в изолированном ограниченном пространстве в составе малой обособленной группы. Для этого были организованы две группы по 4 добровольца на Чукотке и на Аляске, которых держали в изолированном помещении в течение 40 сут. Установлено, что в этих условиях, когда время теряет свою значимость как социальный датчик, знание текущего поясного времени не влияет на процесс формирования у человека свободных эндогенных биоритмов. При этом эффективность мотивации поддержания циркадианных ритмов в значительной степени связана с психосоматическими индивидуально-типологическими особенностями человека. Установлено, что если человек стремится следовать социальному датчику времени, то, несмотря на отсутствие во внешней среде абиотических датчиков, у него сохраняется 24-часовой ритм основных физиологических функций. Параллельно изучались взаимосвязь биологически активных точек (БАТ) с регуляцией кардиоритма и возможность влияния на работу сердца инфракрасного низкоэнергетического лазерного излучения. Как показали исследования, продолжительность раздражения и характер воздействия излучения на БАТ не вызывают изменений общесуточной частоты сердечных сокращений и температуры тела, но позволяют сгладить ситуационные стрес-сирующие воздействия на организм человека.
Со второй половины 1990-х годов фундаментальные исследования в Центре проводились по следующим основным темам: «Интегральный подход к оценке и прогнозированию адаптационных возможностей организма человека в условиях Крайнего Севера на основе стохастических моделей кардиоритма» и «Сравнительные функциональные межсистем-ные механизмы адаптивных перестроек у человека при воздействии природно-климатических и температурных факторов северных регионов Азии, Европы и Америки» [3, 12].
В процессе исследований в рамках указанных тем на основе математического анализа кардиоритма был разработан способ интегральной оценки функционального состояния человека. Установлено, что адаптивная перестройка физиологических систем аборигенов Севера не может служить моделью для пришлого контингента, у которого формируется своя региональная функциональная норма [1]. Степень неспецифической резистентности влияет на адаптационный потенциал индивидуума. При этом уровень неспецифической резистентности, в том числе устойчивость к действию холодового фактора, напрямую
связан с гипоксической устойчивостью. Полученные результаты открывают широкие перспективы в разработке способа коррекции и управления адаптацией человека на Севере через различного рода гипоксические тренировки. На основе проведенного многофакторного сопоставительного анализа результатов особенностей адаптационных перестроек у лиц с различным уровнем гипоксической устойчивости в условиях Крайнего Севера, высокогорья и Антарктиды определены факторы, лимитирующие функциональные возможности и работоспособность человека в экстремальных природных условиях. Показано, что в изучаемых регионах срыв адаптации происходит в основном у лиц со сниженной гипоксической устойчивостью по функциональной схеме развития порочного круга, когда неблагополучие в одной физиологической системе усиливает неблагоприятные эффекты в других, вплоть до формирования патологических состояний и болезней адаптации.
Была предложена концепция интегрального маркера неспецифической резистентности организма, позволившая разработать высокоэффективный способ экспресс-оценки гипок-сической устойчивости и прогнозирования функциональных возможностей человека при работе в неблагоприятной среде.
Весь комплекс исследований позволяет считать, что в процессе проживания мигрантов на Северо-Востоке России насчитываются 4 принципиально различных периода.
I - «срочных оперативных изменений», имеет продолжительность до 1 года; II, продолжительностью 1-3 года, - «латентных адаптивных изменений»; III (3-10 лет) - «адаптивной стабилизации»; IV (более 10 лет) - «адаптивных истощений», а оптимальный срок пребывания на Севере мигрантов в возрасте до 50 лет находится в пределах 10 лет, так как состояние полной адаптации у них не наступает даже спустя 15-20 лет. У жителей Крайнего Севера степень холодовой адаптации в большей степени зависит не от срока проживания, а от индивидуальной гипоксической устойчивости. На основании температурной реакции поверхности кисти на пробу с ререспирацией можно прогнозировать холодовую и гипок-сическую устойчивость человека.
Исследования позволили разработать эмпирическую формулу для расчета индекса устойчивости человека к действию негативных факторов и методику отбора лиц для работы в измененной газовой среде и в экстремальных условиях Крайнего Севера.
Разработанные региональные нормативы показателей эндокринной и иммунной систем организма внедрены в систему областного здравоохранения [6, 8]. Получен патент на устройство для оценки функционирования кардиореспираторной системы [10], защищены 1 докторская и 1 кандидатская диссертации.
В 1998 г. на базе Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН при поддержке ДВО РАН и Отделения физиологии РАН в Санкт-Петербурге была сформирована научно-исследовательская группа (ныне - межинститутская лаборатория сравнительных эколого-физиологических исследований) для изучения популяций людей, проживающих на одной географической широте, но в разных природно-климатических и эколого-социальных условиях: в Магадане, Санкт-Петербурге, Анкоридже. В лаборатории выявляются особенности межсистемного взаимовлияния центральной и вегетативной нервных систем на параметры электрической активности коры головного мозга в зависимости от индивидуально-типологических признаков человека, региона постоянного проживания и неблагоприятного воздействия окружающей среды, в частности недостатка кислорода.
Для изучения механизмов адаптации у лиц с ограниченными физическими возможностями (с поражением спинного мозга) проведены физиологические обследования группы альпинистов при восхождении на пики Ленина (Памир, 7134 м) и Мак-Кинли (шт. Аляска, 6193 м). Впервые в натурных условиях установлено, что на высотах более 5000 м в переходной фазе адаптации у лиц, находящихся в высокогорье более 10 дней и подвергшихся сочетанному действию гипоксии и низких температур, перестройки параметров вариабельности сердечного ритма имеют ту же направленность, что и у испытуемых на высоте
3500 м, но не адаптированных к высокогорью. В то же время на высотах 4000-4500 м 10-дневный период адаптации оказывается достаточным для активизации физиологических резервов и нивелирования негативного влияния гипоксии как для здоровых лиц, так и для лиц со спинномозговыми нарушениями. Полученные результаты показывают, что стабильная фаза адаптации возможна на высотах, не превышающих 5000 м. Пребывание на больших высотах даже продолжительное время (месяц и более) всегда истощает физиологические резервы.
Собран уникальный материал, позволяющий вскрыть физиологические механизмы ритмической деятельности сердца при длительном перераспределении кровотока в верхнюю часть тела, что наблюдается у спинальников с атрофией нижних конечностей. Эти данные могут лечь в основу нового направления в спорте для лиц с ограниченными физическими возможностями, послужить моделью системы кровообращения в условиях невесомости, внести коррективы в послеполетную реабилитацию космонавтов, оптимизировать методику нагрузки на органы и системы человека при длительных космических полетах. Результаты исследований отражены в Основных достижениях отделения биологических наук РАН [11].
Параллельно сотрудники МНИЦ «Арктика» исследовали соматометрические параметры организма детей и подростков в рамках темы «Онтогенетические закономерности эколого-физиологических адаптаций человека в условиях Северо-Востока России» (1999-2002 гг.).
Установлено, что ростовые процессы у детей, подростков, юношей и девушек Магаданской области имеют свои региональные особенности: астенизацию телосложения, прогрессивные снижения весоростового показателя и уровня физического развития. У юношей - непропорциональное телосложение, увеличена длина ног. У подростков-юношей с низкой двигательной активностью повышен уровень систолического давления на 10-15% от физиологической нормы, особенно в период пубертатного роста. У лиц с высоким уровнем двигательной активности артериальное давление в норме. Обнаружено достоверное увеличение параметров, характеризующих бронхиальную проходимость, которое в среднем превышает должную величину на 30-50%. Разработанные «Региональные нормативы внешнего дыхания у молодых жителей г. Магадан» были рекомендованы в учреждения областного отдела здравоохранения для использования во врачебной практике и спортивной медицине [2], защищена 1 кандидатская диссертация.
С 1995 по 2003 г. проводился мониторинг сравнительного морфогенеза и особенностей эндокринной регуляции физиологических функций человека по 3 темам: «Экологическая морфология человека на Севере», «Сравнительно-экологические исследования морфофи-зиологии щитовидной железы человека в условиях Азиатского и Европейского Севера», «Исследование йодной обеспеченности и микроэлементного статуса у жителей Магаданского региона и их взаимосвязь с морфологией щитовидной железы». Эти работы выявили высокий уровень тиреоидной гиперплазии. Средние объемы щитовидной железы во всех возрастных группах превышают соответствующие показатели у жителей регионов с умеренным климатом и нормальным обеспечением йодом, что предполагает региональную обусловленность тиреоидного напряжения, позволяющую говорить о его эндемичном характере. Установлено, что гиперплазия в Магаданской области носит полиэтиологиче-ский характер, определяемый комплексом природно-климатических и эколого-социаль-ных факторов. Основной причиной гиперплазии магаданцев может быть эндогенный и экзогенный дефицит йода, о чем свидетельствует впервые выявленный в регионе микро-элементный дисбаланс. Состояние щитовидной железы человека на Севере требует организации государственного контроля, поскольку речь идет о здоровье не только взрослого, но и значительной части детского населения. Целевая областная программа «Комплексная профилактика йоддефицитных заболеваний в Магаданской области на 2001-2002 гг.», в которой приняли участие сотрудники МНИЦ «Арктика», частично финансировалась из
регионального бюджета. Установлено, что экстремальные природно-климатические условия г. Магадан приводят к деформации микроэлементного профиля человека и формированию эндемичного зоба, не имеющего йоддефицитной природы. Диффузный зоб встречается у 14% мужчин, 21% женщин и 30% детей препубертатного возраста. В то же время у аборигенных жителей на фоне низкой йодурии отсутствует гиперплазия щитовидной железы, что может свидетельствовать об эволюционных биохимических механизмах усиленного захвата йода для повышения тиреоидного синтеза и основного обмена в условиях Севера. Для жителей прибрежной зоны Северо-Востока России разработаны научно-практические рекомендации региональных нормативов объема щитовидной железы [7].
Для выявления биохимических механизмов развития зобной эндемии и роли экологических факторов в ее оздоровлении у жителей г. Магадан было проведено исследование волос на содержание микроэлементов. Установлено, что биохимической основой эндемического зоба является сочетанное нарушение в организме концентрации макро- и микроэлементов (Mg, Бе, Си, Со, Мо, Мп, 2п), оказывающих зобогенный эффект. Так, более чем у 40% жителей приморской зоны Магаданской области наблюдался дефицит селена, коррелирующий с увеличением щитовидной железы при сроке адаптации на Севере более 18 лет. Учитывая роль Бе в обмене тиреоидных гормонов, данный микроэлемент признан одним из биогеохимических составляющих развития зобной эндемии в регионе. Из-за дефицита многих биогенных элементов у детей происходит деформация элементного профиля, что приводит к специфическим нарушениям минерального обмена и обусловливает структурно-функциональное напряжение различных систем растущего организма, вызывая развитие дизадаптации.
Результатом проводимых исследований явились разработанные региональные нормативы объемных параметров щитовидной железы детей г. Магадан, изданные в виде научно-практических рекомендаций [4]. По этим материалам защищены 1 докторская и
2 кандидатские диссертации.
В 2000-2003 гг. Центр активно участвовал в разработке новой концепции районирования территорий с экстремальными условиями окружающей среды. В результате разработана интегральная комплексная методика балльной оценки уровня дискомфортности среды обитания с учетом географических, природно-климатических, социальных, медико-биологических и экологических факторов [9]. Результаты исследований представлены Правительству РФ и Государственной Думе.
В 2003 г. в МНИЦ «Арктика» создана лаборатория квантовой биофизики и новейших медицинских технологий, основным направлением которой являются разработки теоретических основ и принципов мониторинга индивидуального здоровья и адаптабельно-сти здоровых и больных лиц на основе спектрального анализа электроэнцефалограммы, создание опытных образцов медицинской аппаратуры для экспресс-диагностики и лечения человека путем бесконтактного сверхнизкоэнергетического электромагнитного воздействия. Благодаря этим исследованиям унифицирована количественная оценка состояния здоровья, включающая характеристику напряженности адаптационных механизмов, выраженности дисфункции висцеральных органов, и разработан алгоритм для топической диагностики патологических процессов.
На основании этого создан и подготовлен к серийному производству программно-аппаратный комплекс (ПАК) «Лучезар», не имеющий аналогов в России и за рубежом, с помощью которого проводится мониторинг здоровых и больных лиц и создается автоматизированная система диагностических медико-биологических данных [13]. ПАК «Лу-чезар» экспонировался на различных выставках, был награжден дипломом и медалью международного форума «Высокие технологии XXI века», включен в каталог-справочник «Диагностические и оздоровительные технологии восстановительной медицины» Минздрава РФ [14]. По результатам исследований в лаборатории защищены 2 кандидатские диссертации.
С 2004 г. сотрудники МНИЦ «Арктика» начали исследования взаимосвязей личностных характеристик индивидуума с параметрами его физического здоровья в экстремальных природных и социально-экономических условиях Севера. Решению проблемы психофизиологической устойчивости детей на фоне роста стрессогенности среды и разработке методов неинвазивной коррекции неадекватного поведения подростков, особенно в пубертатный период, посвящены 2 темы: «Соматофизиологические особенности индивидуально-типологических параметров гемодинамики и внешнего дыхания и разработка их региональных нормативов для молодых адаптантов Северо-Востока России» и «Возрастные особенности физиолого-психологических перестроек у адаптантов Азиатского и Европейского Севера с различным уровнем резистентности к действию экстремальных факторов среды».
Таким образом, научные направления Центра решают актуальные фундаментальные и прикладные проблемы изучения системных механизмов адаптации человека, экологической физиологии и медицины, используются в здравоохранении, спорте и социальной сфере как на региональном, так и на общегосударственном уровне.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баевский Р.М., Максимов А.Л., Берсенева А.П. Основы экологической валеологии человека. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2001. 276 с.
2. Бартош О.П., Максимов А.Л., Соколов А.Я. Региональные нормативы параметров внешнего дыхания у молодых жителей г. Магадан. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2002. 34 с.
3. Важнейшие результаты в области естественных, технических, гуманитарных и общественных наук за 1995 г. Отчет РАН. М.: ВИНИТИ, 1996. 173 с.
4. Горбачев А.Л., Максимов А.Л., Луговая Е.А. Региональные нормативы объемных параметров щитовидной железы детей г. Магадан: Научно-практические рекомендации. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2004. 53 с.
5. Максимов А.Л., Бартош Т.П. Влияние условий труда и природно-климатических факторов Северо-Востока России на гормональный статус женщин, занятых в золотодобывающем производстве // Экология человека. 1999. № 2. С. 12-15.
6. Максимов А.Л., Сорокина Е.П. Инварианты адаптивной нормы и иммунологического статуса взрослого населения Магаданской области. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 1999. 17 с.
7. Максимов А.Л. и др. Инварианты морфометрической нормы щитовидной железы у взрослого населения Магаданского региона. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2000. 51 с.
8. Максимов А.Л., Бартош Т.П. Инварианты нормы гормонального статуса человека на Северо-Востоке России. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 1995. 29 с.
9. Максимов А.Л. Концептуальные и методические подходы к комплексному районированию территорий с экстремальными условиями проживания. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2006. 54 с.
10. Максимов А.Л., Лабутин Н.Ю. Устройство для оценки функционирования кардиореспираторной системы. Государственный реестр изобретений. М.: Роспатент, 1997. Пат. № 2098012. 5 с.
11. Отделение биологических наук. 2002. Основные результаты научных исследований. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2003. 335 с.
12. Отчет о деятельности РАН в 1997 г. М.: Академиздатцентр, 1998. 244 с.
13. Пат. 2217046 РФ. Способ выявления местоположения функционально подобных зон в анатомически завершенных полях рецептивной чувствительности / Г. А. Шабанов, А.А.Рыбченко. № 2001135734; заявл. 25.12.2001; опубл. 27.11.2003.
14. Рыбченко А.А. Программно-аппаратный комплекс «Лучезар» для мониторинга индивидуального здоровья человека // Диагностические и оздоровительные технологии восстановительной медицины: каталог-справочник. Т. 1. М.: АльянсИнвест, 2003. С. 83.
