CC BY
7
Методы исследования
УДК 613.955 + 371.71:618.017.2 «5«»
Н. И. Куинджи
ЦИРКЛДИЛННЫЙ РИТМ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ . АДАПТАЦИИ ШКОЛЬНИКОВ К ИЗМЕНЕНИЮ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ
ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Институт гигиены детей и подростков Минздрава СССР, Москва
Согласно литературным данным, состояние системы цнркадианных ритмов организма человека является надежным критерием его общего функционального состояния (Б. С. Алякринский; С. И. Степанова; Н. И. Моисеева; и др.). Н. И. Моисеева (1978), подтверждая это положение экспериментальными исследованиями, указывает, что характерными свойствами биоритмов лице высокими адаптационными возможностями являются относительно высокие средние показатели функции в течение дня, большой их разброс, относительное постоянство максимальных и минимальных. Указанные особенности циркадианного ритма обеспечивают организму необходимую тренировку в легком, достижении граничных значений функции, что является своеобразным резервом его функциональных возможностей при значительных, воздействиях внешней среды (вплоть до экстремальных).
3 свете общей теории функциональной системы в процессе адаптации приспособительное изменение биоритмов направлено на обеспечение наибольшей устойчивости колебательной системы к изменению окружающей среды, что достигается расширением спектра ее состояния: амплитуды, частоты, периода колебаний (В. В. Надточий). Следовательно, при оценке адаптации организма основными критериальными показателями изменения циркадианного ритма должны служить характеристики его амплитуды, частоты и периода колебаний.
Из известных по материалам литературы критериев адаптации мы остановились на трех, предложенных Н. И. Моисеевой (1980). К ним относятся критерий постоянства (КП), положения максимальных и минимальных значении функции, критерий вариабельности (КВ) параметров функции на протяжении суток и критерий организованности (КО) биоритмальной кривой.
КП — дробь, знаменателем которой является суммарное количество сравниваемых максимальных и минимальных значений функции в разные дни исследований, а числителем — число совпадающих между собой по времени максимумов и минимумов кривой. По сути дела, этот критерий характеризует частоту колебательного процесса, позволяет выявить преобладающую акрофазу функ-
ции у каждого испытуемого за несколько дней исследования и ее постоянство в изучаемый отрезок времени. .
КВ представляет собой процентное отношение разности максимального и минимального значений функции в течение суток к среднесуточному ее значению, т. е. фактически характеризует величину амплитуды колебания функции в течение суток.
КО — балльная оценка формы кривой в зависимости от степени отражения в ней колебательного свойства функции, причем пятью баллами оценивались кривые с наибольшим числом зубцов, слагающихся в полную параболу, а одним баллом — илатоподобные кривые. Указанные критерии применяются в прикладной физиологии и наиболее оправдывают себя при изучении полного суточного ритма организма в условиях 24-часового биоритмологического эксперимента с 2-часовым интервалом исследований.
,На основании нашего опыта работы с КП можно отметить, что большим неудобством при его расчете является то, что конечная величина КП — простая дробь, хотя следует признать, что именно такая форма записи КП наиболее наглядно отражает степень постоянства акрофазы у разных испытуемых при одинаковом числе дней наблюдения у каждого. При разном же числе дней обследования (2—5) у каждого испытуемого (что в условиях естественного эксперимента на школьниках довольно часто случается), КП превращается в простые дроби с разными знаменателями, что делает несравнимыми КП у разных школьников или вынуждает выполнять огромную работу по приведению этих дробей к общему знаменателю. Поэтому в своей работе мы выражали КП десятичной дробью.
КВ применяли в авторском варианте. Критерий же степени организованности кривой (КО) мы модифицировали и прежде всего потому, что степень выраженности на кривой колебательных свойств функции не Чюгла служить критерием ее балльной оценки при исследованиях с 4-часовым интервалом. Наши многократные попытки проводить биоритмологические исследования в школе с 2-часовым интервалом всегда оказывались несостоятельными из-за невозможности в должной мере изо-
В процессе изучения биоритмологического статуса школьников умеренной полосы и Крайнего Севера обследовано более 100 человек, что позволило располагать более чем 1500 кривыми по каждой физиологической функции. При анализе выявлено около 20 основных форм дневной кривой физиологических функций (рис. 2).
Прежде чем квантифицировать выявленные кривые баллами мы изучили дневную динамику температуры тела (ТТ), частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое и диастолическое давление (СД и ДД соответственно) у 18 московских школьников 10—11 лет, посещавших школу-интернат, но освобожденных от учебной нагрузки, на фоне рационального для их возраста режима дня. В различные сезоны года (в октябре, январе и апреле) всех испытуемых по 3 человека ежедневно помещали на ночлег в изолятор накануне дня обследования, что преследовало цель создать условия для удовлетворения физиологической по-
Рис. I. Форма циркадианной кривой физиологических функций у школьников при исследованиях с 2-часовым (/) и 4-часовым (2) интервалами.
По оси абсцисс — время исследований; по оси ординат — физиологические функции: ЧСС (в минуту), ТТ (в °С) и ДД (в мм рт. ст.).
лироваться от педагогического процесса. Как показали наши данные, увеличение интервала исследований существенным образом снижает способность кривой отражать колебательные свойства функции и изменяет акрофазу процесса (рис. 1). Кроме этого, нам была нужна такая балльная оценка кривых, которая содержала бы информацию об изменении ее формы в процессе адаптации, включая признаки десинхроноза. Для выявления же последнего, как известно, необходимо, чтобы балльная оценка формы кривой позволяла бы условно определять я изменение периода ритма функции в процессе адаптации. ,
Актуальность .. поиска ь методических приемов оценки периода ритма физиологических функций в практике хроногигиены детства определяется механизмом внутреннего десинхроноза функций (Б. С. Алякринский; С. И. Степанова; В. Б. Чернышев, и др.). Известно, что в основе десинхроноза — рассогласованности «биологических часов» организма,— попадающего в новые временные условия существования или испытывающего признаки соматического дискомфорта (при развитии утомления, многих патологических состояний), лежит разное по величине изменение периода ритма различных физиологических функций. В силу того, что регуляция отдельных функций осуществляется различными центрами, которые по-разному реагируют на 'средовые факторы, в новых условиях существования периоды колебания различных функций оказываются неодинаковыми по величине, что и является физиологической сущностью десинхроноза и, по мнению многих исследователей, служит верным признаком дизадаптации и последующего снижения жизнеспособности (организма.
в я. дОмин. 12ч. ЭО мин 16ч. дОмин ТОч.
Рис. 2. Различные формы циркадианной кривой физиологических функций и их балльная оценка. По оси абсцисс — время исследований; по оси ординат — ТТ (в °С); /1—5 баллов; В — 4 балла; В — 3 балла; Г — 2 балла; Д —
1 балл.
требности детей в длительном ночном сне. Общий для всех испытуемых режим экспериментального дня предусматривал свободный выбор деятельности по интересам при соблюдении соответствующих возрасту нормативов длительности ночного сна, пребывания на воздухе, своевременного питания. Исследование физиологических функций проводили 4 раза в день: в 8 ч 30 мин, в 12 ч 30 мин, 16 ч 30 мин и 20 ч. За 30—40 мин до исследований * школьникам предлагали деятельность с малым калорическим эффектом: настольные игры, чтение художественной литературы, конструирование моделей планеров и кораблей.
При анализе полученных в эксперименте кривых дневной динамики физиологических функций выявлено, что у большинства испытуемых при исследованиях с 4-часовым интервалом на фоне оптимальных условий жизни преобладали кривые, характеризующиеся подъемом уровня функций к 12 ч 30 мин или 16 ч 30 мин и его снижением к 20 ч (см. рис. 2). Таких кривых по ТТ было 40 %, по ЧСС и. СД — по 35%, по ДД — 42 %. Описанная форма кривой напоминала полную параболу или 3/4 ее и принималась нами за графический эталон наиболее полно выраженного ритма колебательного процесса в течение дня и оценивалась наибольшим числом баллов — 5. Остальные фор-ч мы кривой встречались при оптимальных условиях среды значительно реже и примерно в равном проценте случаев (13—20).
При квантификации остальных кривых мы следующим по числу баллов (4) оценили двухвершинные кривые, исходя из данных литературы о том, Л что эта форма биоритмальной кривой наиболее типична для детских контингентов (Н. Г. Дьячко-ва; Н. Т. Лебедева; С. О. Руттенбург и А. Д. Сло-ним; С. Р. Ковалева и В. И. Сотник), а также данных, трактующих появление феномена двух-фазности и полифазности ответных реакций организма на средовые воздействия как одно из проявлений общего адаптационного синдрома (В. А. Матюхин; Л. Лхагва, и др.). В обоих случаях наличие двухвершинных кривых, по-видимому, может расцениваться как признак более низкого (у детей) или снижения уровня функционального состояния (у взрослых и части детей).
Тремя баллами мы оценили кривые, заканчивающиеся в 20 ч на уровне максимального подъема функций. Фактически такая форма кривой представляет половину параболы, принятой за графический эталон полного ритма, и свидетельствует о смещении акрофазы ритма вправо и увеличении периода ритма (Л. Лхагва). Появление кривых такой формы у большинства оцениваемых функций может наблюдаться при быстром перемещении орга-| низма из одного временного пояса в другой и свидетельствует о внешнем десинхронозе организма по отношению к новому времени из-за того, что его «биологические часы» сохраняют еще биологический ритм прежнего астрономического времени. Появление же такой формы кривой в процессе
адаптации к новому времени у одной — двух функций указывает на увеличение периода этих отдельных функций, т. е. появление признаков внутреннего десинхроноза' в организме.
Двумя баллами оценены платоподобные кривые, указывающие на снижение колебательного процесса функции и уменьшение амплитуды ее колебаний в течение дня. Появление или увеличение таких кривых является признаком напряжения механизмов регуляции биологического ритма, неизбежного в процессе адаптации (Р. М. Баевский; Т. Д. Семенова; В. И. Макаров, и др.).
При балльной оценке формы кривой должно учитываться и количественное изменение уровня функции от одного измерения к другому. Например, в наших исследованиях платоподобная кривая встречалась в тех случаях, когда изменение величины функции при каждом последующем исследовании не превышало исходную величину (в 8 ч 30 мин) по ТТ 0,5 "С, по ЧСС 5 в минуту, по СД 10 мм рт. ст., по ДД 5 мм рт. ст. И, наоборот, изменение уровня функций в динамике дня выше обозначенного предела служило основанием оценивать соответствующие им кривые 5 и 4 баллами. Одним баллом оценивали инвертированные кривые, исходя из данных литературы, указывающих, уто такая форма кривой отражает наличие десинхроноза максимальной выраженности (Б. С. Алякринский; В. И. Макаров). |
Таким образом,' в основу принятой нами балльной оценки формы кривой, кроме признаков адаптационного напряжения, были положены признаки, свидетельствующие о зависимости формы кривой 1 от изменения периода ритма функции (трех- и однобалльные кривые). И хотя в оценке периода ритма наибольшее диагностическое значение приобретают именно эти трех- и однобалльные кривые, генерализованный характер ответных реакций организма при адаптации позволяет считать разработанную балльную оценку формы кривой условным критерием и периода (КТ) ритма функций в процессе адаптации. [. 'г £ ► г
Рассчитав с помощью КТ величину периода оцениваемых функций, мы получили у школьников в оптимальных условиях жизнедеятельности почти одинаковую среднегодовую величину периода ЧСС (3,4 балла), СД .(3,43 балла), ДД (3,4 балла) и ТТ (3,5 балла). Выявленный факт подтверждают данные литературы о стабильности среднего периода циркадианного ритма организма в оптимальных условиях жизнедеятельности, а также о согласованности регуляции этого ритма отдельных физиологических (функций у школьников умеренной полосы при отсутствии учебной нагрузки и рациональном режиме дня.
| Оценка циркадианного ритма детского организма на основе условного критерия периода (КТ), КП максимального и минимального значений функции и КВ функций в течение дня была апробирована и оправдала себя при изучении адаптации школьников к изменению суточного динамического
стереотипа в период перехода с летнего на зимнее (сентябрь — октябрь) и с зимнего на летнее (март — апрель) время, а также при оценке адаптации школьников Заполярья к экспериментальному режиму обучения, направленному на совмещение учебной нагрузки с биоритмальным оптимумом организма учащихся.
Указанные критерии оценки циркадианного ритма организма детей школьного возраста могут быть рекомендованы в качестве показателей степени адаптации детского организма к различным изменениям внешней среды.
Литература. Алякринский Б. С. Основы научной организации труда и отдыха космонавтов. М., 1975. "Алякринский Б. С. — В кн.: Хронобиология и хронопатология. М., 1981, с. 21—22. Баевский Р. М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М., 1979. Дьячкова Н. Г. — В кн.: Гигиена детей и подростков. М.,
1965, вып. 1, с. 248—257. Ковалева С. Р., Сотник В. И. — Гиг. и сан., 1969, № 10, с. 47—48.
Лебедева Н. Т. — Там же. 1971, № 4, с. 28—32. Макаров В. И. Состояние циркаднанных ритмов организ-
ма человека при стрессовых воздействиях. Автореф. дне. канд. М., 1979.
Матюхин В. А. —В кн.: Всесоюзное физиологическое о-во им. И. П. Павлова. Съезд. 13-й. Резюме докладов. Алма-Ата, 1979, т. 1, с. 438—439.
Моисеева Н. И. — Физнол. ж. СССР, 1978, т. 64, № 11, с. 1632—1640.
Моисеева Н. И. — В кн.: Оценка и прогнозирование функциональных состояний в физиологии. Фрунзе, 1980, с. 412—416.
Надточий В. В. — В кн.: Хронобиология и хронопатология. М., 1981, с. 177. Я*
Руттенбург С. О., Слоним А. Д. Циркадный ритм физиологических процессов и трудовая деятельность человека. Фрунзе, 1976.
Семенова Т. Д. Исследование особенностей экскреции состояния и калия со слюной как метод оценки функционального состояния организма при экстремальных воздействиях. Автореф. дне. канд. М., 1972.
Степанова С. И. — В кн.: Всесоюзное физиологическое о-во им. И. П. Павлова. Съезд. 13-й. Резюме докладов. Алма-Ата, 1981, т. 1, с. 441.
Чернышев В. Б. — В кн.: Хронобиология и хронопатология.. М., 1979, т. 1, с. 248.
Лхагва Л. Суточные ритмы жизненных функции организма у' лиц монгольской национальности в норме и при ан-тиортостатическом воздействии. Автореф. дне. канд. Улан-Батор—Москва, 1981.
Поступила 01.07.82
УДК В 13.634.4:547.857.41-074:543.544
М. Т. Дмитриев, В. А. Мищихин (Москва)
ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОФЕИНА
В ВОЗДУХЕ
Кофеин — 1,3,7-триметилксантин, химическая формула CgHioN^. Температура плавления 236,5 °С, молекулярная масса 194,2. В чистом виде представляет собой белый кристаллический порошок без запаха, хорошо растворим в воде, особенно горячей, легко возгоняется при 180 °С (растворимость в этиловом спирте 23 г/л). При 20 °С равновесное давление паров 0,15 мг/м3. ПДК кофеина в воздухе рабочей зоны 1 0,5 мг/м3.
Кофеин поступает в воздушную среду производственных помещений чайной, кондитерской и' фармацевтической промышленности, при переработке и расфасовке кофе, изготовлении тонизирующих напитков (И. Н. Вольпер и Т. Я- Соловьева; В. Б. Скачков и соавт.). Описаны случаи острого отравления кофеином (А. О. Сайтанов и соавт.). Значительные концентрации кофеина в атмосферном воздухе обнаружены в Нью-Йорке, Новом Орлеане и других городах, особеИно в районах с большим числом предприятий питания, широко посещаемых туристами. При этом установлено неблагоприятное действие кофеина на население (Eck-holm). Однако способы определения кофеина в воздухе разработаны недостаточно.
Известны методы фотометрического определения кофеина в кофе (И. Н. Вольпер и Т. Я- Соловьева),
1 ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Дополнение № 999—72 к списку № 841т-70. Утверждено Минздравом СССР 30/11 1972.
ампульных растворах для инъекций с помощью ионообменной хроматографии (В. М. Хватовская), газохроматографического определения в биологи- ^ ческих материалах (Rhoades; Sine и Kubasik), однако для исследования воздуха они непригодны. Для измерения содержания кофеина в воздухе предложен спектрофотометрический метод, основанный на УФ-поглощении растворов кофеина (Г. А. Дробышевская). Метод неспецифнчен, чувствительность его невысока.
Нами разработан газохроматографическнй метод определения кофеина в воздухе. Пробы воздуха одновременно отбирали на фильтр и пробоотбор-ную трубку, как описано ранее (М. Т.Дмитриев и В. А. Мищихин). После отбора проб кофеин с фильтра и силнкагеля экстрагировали трижды 5 мл спирта, объединенный экстракт упаривали до 0,5 мл и анализировали на газовом хроматографе с пламенно-нонизационным детектором. Для разделения использовали газохроматографнческую колонку длиной 2 м, диаметром 3 мм, заполненную 5 % SE-30 на хроматоне N-AW-HM зернением 0,16—0,25 мм. Температура термостата колонок 200 °С, испарителя 250 °С. Расход газа-носителя азота 40 мл/мин, водорода и воздуха 40 и | 150 мл/мин соответственно. Время удерживания кофеина в хроматографической колонке 6 мин 30 с. Калибровку хроматографа осуществляли с помощью стандартных растворов кофеина в этаноле.
