CC BY
2
Гигиена детей и подростков
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 613.6-053.6-07
П. И. Гуменер, Л. М. Сухарева, П. В. Дружинин ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТЕПЛА И ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ПОДРОСТКОВ
НИИ гигиены и профилактики заболеваний среди детей и подростков; ВНИЦ профилактической медицины
Минздрава СССР, Москва
Гигиеническое изучение системы организм — среда представляет сложную задачу в условиях сочетанного действия нескольких факторов, оказывающих как однонаправленное, так и антагонистическое действие на организм [8, 15]. При гигиеническом исследовании комплексного влияния факторов на подростков задача осложняется тем, что морфологическая и функциональная перестройка по ходу онтогенетического развития влияет на адаптацию к среде, определяя повышенную чувствительность к ряду факторов подростков по сравнению со взрослыми [3, 6, 14, 16].
Все сказанное предопределило поиск путей исследования, позволяющих качественно и количественно оценить комплексное влияние факторов среды. С этой целью были использованы методы экспериментального и математического моделирования, базирующиеся на принципах физиологической кибернетики [1, 2, 7, 10, 17]. Сущность диагностической модели заключалась в сопоставлении индивидуальных характеристик регулирования физиологических функций в условиях изолированного воздействия средовых факторов и при их комплексном воздействии. В качестве средовых факторов рассмотрено воздействие на организм подростков радиационного тепла и физической нагрузки.
Диагностическое моделирование было основано на следующих принципах: модель должна обеспечить диагностику качества регулирования организма при воздействии комплекса факторов на основе требований аппарата «акцептор результатов действия» (АРД) по П. К. Анохину; модель должна быть построена с учетом возрастных и индивидуальных особенностей регуляции физиологических функций в данных условиях.
Применительно к конкретной системе организм подростка — факторы среды (радиационное тепло — /м и физическая нагрузка — была принята гипотеза, что при комплексном воздействии факторов (Р\Р2) АРД либо может обеспечивать управление организмом в соответствии с суммой требований при воздействии изолированного фактора У7! и изолированного фактора ^2 — состояние регуляции С|, либо может определять новые требования, отражающие инте-
гративно создающуюся ситуацию,— состояние связано с адекватной перестройкой регуляции функциональной системы организма и обозначено Сг (рис. 1). При индивидуальной диагностике предусматривается алгоритм последовательного воздействия фактора Л при /г2=0, фактора Р ч при /Г1=0, комплексного действия обоих факторов — У7! /72-
В соответствии с указанными принципами для каждого обследованного подростка определяли состояние регуляции физиологических функций (С,- равно С| или Сг) по формуле
2 р„
с,=
где Рп — характеристика перестройки регуляции по данному физиологическому параметру в двоичном коде: Р,,=0 при отсутствии адекватной перестройки, Рп— 1 при наличии адекват-
х' ,
я» ^
хз *
О МП
Хп *
/У
С,
Рис. 1. Схема индивидуальной диагностики состояния регуляции организма (О) при комплексном действии средовых факторов (Иь Р2) при помощи модели (М).
XI. Хз..., Хп — величина изучаемого параметра физиологической функции; Л,. /Ь..., Ап — показатель перестройки регуляции; Ки Кг-... К„ — величина, выработанная моделью. МП — преобразователь физиологически* величин по алгоритму модели. С|, С2 — состояние регуляции физиологических функций.
ной перестройки регуляции данного параметра.
Рп определяли по равенству
( 0 если Л„<К рп— | 1 если Л„Ж,
где Ап — показатель перестройки регуляции изучаемого физиологического параметра (п)\ К — величина, выработанная моделью по статистическим данным и отражающая дифференцирование характера регуляции.
Ап вычисляли по формуле
(Х„-ХПо) АХПу •
где X — величина изучаемого параметра, первый индекс при X—п — обозначает изучаемый физиологический параметр, а второй индекс — характер нагрузки: 1 — изолированное действие физической нагрузки (Л), 2 — изолированное действие радиационного тепла (^г). 3 — комплексное действие радиационного тепла и физической нагрузки (Л/^), 0 — исходное состояние (до воздействия).
Для примера рассмотрим регуляцию энерготрат (я=1) у подростка 16 лет при отсутствии перестройки и у подростка 17 лет при адекватной перестройке.
При отсутствии перестройки:
. ДЯ11 + ДХ12 1,5 ккал/мин+0,3 ккал/мнн
Л I = -т-т;- =-г~=--.- = 1,05.
ДЛи 1,7 ккал/мин
При адекватной перестройке:
2,5 ккал/мин+(—0,1 ккал/мин) А | =---.-= 1,50.
1,6 ккал/мин
На основе вычисления вариативности модели для физических параметров энерготрат в настоящем исследовании была установлена /(| = 1,1 и соответственно Р\ для первого подростка равно 0, а для второго — 1. Адекватность регуляции физиологических функций в пределах функциональной системы организма диагностировали по превалированию (более 50 %) количества адекватно перестроенных регуляций информативных физиологических параметров над количеством неперестроенных.
Описанная выше диагностическая модель основывается на представлении, что в управляющей системе организма при выполнении совмещенных задач постепенно формируется мета-программа, которая улучшает результат решения каждой задачи, а степень улучшения характеризует процесс оптимизации [13]. Оптимизация регуляции физиологических функций у подростков в ответ на воздействие комплекса факторов (физической нагрузки и радиационного тепла) может быть результатом как адаптации, на что указывают Б. Б. Койранский [9], В. А. Максимович [11], так и совершенствования функций в процессе развития организма в онтогенезе [16]'.
В настоящей работе рассматривается возможность количественной и качественной оценки процесса оптимизации регуляции физиологических функций у подростков разного возраста в условиях воздействия комплекса факторов.
Обследовано 49 подростков в возрасте 16, 17 и 18 лет при изолированной физической нагрузке (при работе на велоэргометре с мощностью 50 Вт), изолированном воздействии радиационного тепла [интенсивностью 1 кал/(см2-мин)] и комплексном действии указанных факторов.
Исследование проводили в режиме автоматизированного сбора и обработки данных о динамике физиологических параметров при помощи ЭВМ ЕС-10-10.
На протяжении каждого периода воздействия факторов, продолжающегося 10 мин, изучали непрерывно температуру кожи (в 6 точках — на лбу, груди, спине, кисти, бедре и стопе) и показатель потоотделения (электрическое сопротивление кожи) в тех же точках. Полученные данные вводили в ЭВМ каждые 5 с и затем выдавали на печать. Для суммарной оценки температуры кожи вычисляли среднезвешенную температуру кожи (/со), рассчитанную по формуле Витте — Бекетова. Для оценки динамики потоотделения величину измеренного электросопротивления кожи переводили в соответствующие величины электропроводимости кожи (Е) по формуле
£,. !//?,_ Яо
Л» 1/Ло '
где Е0 — электропроводимость кожи в начале исследования; Е, — электропроводимость кожи по ходу исследования; /?о и /?, — электрокожное сопротивление в начале и по ходу исследования.
Аксиллярную температуру тела измеряли до и после воздействия факторов. Энергетический обмен определяли на протяжении первых и последних 2 мин каждого воздействия факторов и отдыха с помощью прибора «Спиролит», информация с которого автоматически поступала на ЭВМ. На протяжении нагрузки автоматически измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС) и частоту дыхания (ЧД). На основании полученной информации ЭВМ ежеминутно выдавала статистические характеристики ЧСС и индекса напряжения (ИН) по Р. М. Баевскому [4]. По результатам индивидуального анализа были выделены 2 группы подростков — с регуляцией физиологических функций, описанной выше, как С1 и Сг. У подростков 1-й группы отсутствовала адекватная перестройка регуляции физиологических функций по показателям химической терморегуляции в 72±5 % случаев, физической терморегуляции в 56±9 %, а по показателям вегетативных функций (ЧСС, ЧД) — в 83± ±5 % случаев. Противоположная картина отмечалась во 2-й группе подростков, в которой
Регуляция физиологических функций при воздействии комплекса факторов у подростков разного возраста
АПР физиологических функций
Возраст, годы по энерготратам по средневзвешенной температуре кожи по ЧСС
% случаев показатель перейстройки % случаев показатель перестройки % случаев показатель перестройки
16 39±8 1,06±0,06 50±6 1,34±0,20 0,0 0,52±0,16
17 71 ± 11 1,34±0,09 53±5 1,12±0,06 47±12 1.10±0,12 рД16—17 <0,05 <0,01 >0,05 >0,05 <0,01 <0,01
18 45±10 1,28±0,31 23±4 0,88±0.07 14±14 0,89±0,15 рД16—18 >0,05 >0,05 <0,05 <0,05 >0,05 >0,05
адекватная перестройка регуляции наблюдалась по показателям химической терморегуляции в 85±5 % случаев, по физической терморегуляции — в 53±9 %, а по регуляции вегетативных функций — в 70±6 % случаев.
Анализ данных показал, что перестройка физической терморегуляции в ряде случаев (в 64 %) не происходит синхронно с перестройкой химической терморегуляции. Это свидетельствует о том, что в основе перестройки физической и химической терморегуляции лежат различные физиологические механизмы и онтогенетическое развитие их может протекать гете-рохронно.
Из приведенных материалов явствует, что у подростков еще не завершено развитие физиологических механизмов в сложной межсистемной регуляции, и поэтому представляло интерес рассмотреть эти вопросы в возрастном аспекте.
Было выявлено, что у большинства младших подростков (16 лет) комплексное действие тепла и физической нагрузки не приводит к перестройке регуляции энерготрат (у 61 ±8%), а у старшей группы подростков (у 17-летних) адекватная перестройка отмечена в 71 ±11 % случаев — достоверно чаще, чем у 16-летних (см. таблицу). У 18-летних показатель перестройки также указывает на адекватную регуляцию (Сг), однако характеризуется большей вариабельностью, что обусловлено неоднородностью перестройки у этих подростков. Перестройка вегетативного обеспечения работы и терморегуляции при комплексном воздействии факторов почти не наблюдается у подростков младшей группы, хорошо выражена у 17-летних и хуже — у 18-летних. Так, адекватная перестройка регуляции по показателю ЧСС не установлена у 16-летних, у 17-лет-них она происходила в 47±12% случаев, а у 18-летних — всего в 14±14 % случаев.
Таким образом, анализ возрастных показателей свидетельствует, что у 16-летних подростков почти не происходит адекватная перестройка регуляции физиологических функций при комплексном воздействии физической работы и радиационного тепла, а у значительной части 17-летних подростков она зафиксирована по данным изучения энергетических затрат и регуляции ЧСС.
Углубленный анализ перестройки регуляции физиологических функций, направленной на обеспечение гомеостаза организма у 17 и 18-летних подростков в условиях комплексной нагрузки, позволяет предположить, что возраст 17 лет является тем возрастом, когда завершается определенный этап онтогенеза. У 18-лет-них юношей начинается развитие новых, «взрослых» механизмов регуляции функций организма и адаптация к изучаемому комплексу факторов обеспечивается большей физиологической стоимостью, чем у 17-летних, и характеризуется меньшей эффективностью.
Представлялось целесообразным выяснить функциональную информативность характеристик, полученных с помощью описанной выше модели. Для этого обследуемым подросткам была предложена часовая нагрузка на фоне комплексного воздействия изучаемых факторов с временным режимом работы и отдыха 2:1 (10 мин работы — 5 мин без воздействия факторов).
Эта нагрузка вызывала у большинства подростков выраженное напряжение регуляции физиологических функций, которое рассматривается в гигиене детей и подростков как гигиенически недопустимое [5]. Так, у 93±5 % подростков к концу часового воздействия факторов энерготраты увеличиваются по сравнению с таковыми в начале его на 24±8 %, что в условиях теплового воздействия рассматривается как дезорганизация терморегуляции [9, 12]. По показателю нарушения теплового баланса организма низкая устойчивость к воздействию изучаемого комплекса факторов была отмечена у 76± ±10 % подростков. У 60±10 % юношей к концу часовой нагрузки существенно увеличилась «физиологическая цена» эрготермической нагрузки, о чем свидетельствует прирост ЧСС в среднем на 22±1 % от начального рабочего уровня. Возрастание ИН к концу часового воздействия в среднем достигало 242 % от начального рабочего уровня, что связано со значительным повышением тонуса симпатической нервной системы и указывает на выраженное напряжение регуляторных механизмов организма.
Для индивидуальной оценки устойчивости к
Рис. 2. Динамика показателей физической терморегуляции у подростков с регуляцией типа С| (а, в) и С2 (б, г).
По оси абсцисс: 1, 2. 3.4 — номер комплексной нагрузки (£Рг); О — период отдыха; по осям ординат: правой (а, 6\ — отдача тепла потоотделением, выраженная 1п £|/Яо, где £,- прирост электропроводимости во время / от начала комплексного воздействия факторов, когда электропроводимость была равна нулю; левой (в, г) — прирост кожной температуры в области груди с момента начала комплексного воздействия изучаемых факторов (в °С): / — потоотделение; // — кожная температура. По осям ординат: правой — теплоотдача потоотделением, выраженная отношением £|/£о, где £(— средневзвешенная электропроводность к концу каждой нагрузки, £о—электропроводимость в начале первой комплексной нагрузки; левой — прирост средневзвешенной температуры (в °С).
действию комплекса факторов обследуемые были разделены на 3 группы: 1-я группа — подростки с низкой устойчивостью, у которых к концу часового воздействия комплекса факторов отмечалось усиление теплообразования и повышение средневзвешенной температуры кожи; 2-я группа — подростки со средней степенью устойчивости, у которых к концу воздействия выявлено ухудшение только одного из показателей (либо усиление теплообразования, либо повышение средневзвешенной температуры кожи); 3-я группа — подростки с относительно высокой устойчивостью, у которых к концу воздействия изучаемые показатели не изменялись.
Установлено, что у подростков с отсутствием адекватной перестройки при действии комплекса факторов (регуляция С|) в 76,9±9 % случаев отмечена низкая устойчивость (1-я группа), а у подростков с адекватной перестройкой (С2) — лишь в 23,5±9 % случаев (р<0,01).
Высокая устойчивость организма подростков с адекватной перестройкой регуляции физиологических функций (С2), по-видимому, обусловлена в значительной степени механизмами физической терморегуляции. Об этом свидетельствует эффективность влияния повышения потоотделения, определяющего снижение температуры кожи у подростков с перестройкой типа Сг, и отсутствие такого снижения у подростков с регуляцией типа С| (рис. 2). Так, у подростков с регуляцией С| средневзвешенная температура кожи к концу четвертой нагрузки по сравнению с концом первой нагрузки не изменялась (Д/св=0,03 ±0,38 °С; /э>0,05), а у подростков с регуляцией типа С2 — существенно снижалась (Д<с„=0,72±0,28°С; р< <0,05). Проведенное исследование показало про-
дуктивность использования индивидуальной модели, основанной на информативных физиологических параметрах — соотношении влияний изолированных факторов и влиянии комплекса тех же факторов. Модель оказалась работоспособной в условиях большой индивидуальной вариабельности физиологических параметров при решении поставленных задач. Исследование при помощи модели позволило подойти к рассмотрению механизмов, лежащих в основе возрастных особенностей адаптации подростков разного возраста к воздействию сложного комплекса профессионально-производственных факторов.
Особенности регулирования физиологических функций в условиях комплексного воздействия радиационного тепла и физической нагрузки свидетельствуют не только о совершенствовании регуляторных механизмов организма подростков каждого года жизни внутри подросткового периода, но и о незавершенности онтогенетического развития адаптации к средовым факторам к 18 годам. Полученные результаты указывают на необходимость учета степени зрелости регуляторных механизмов адаптационных систем организма подростков при гигиеническом регламентировании условий их профессионального обучения и труда, связанных с воздействием теплового фактора и физической нагрузки.
Литература
1. Амосов Н. М. // Физиологическая кибернетика,—М., 1981.—С. 11 — 14.
2. Анохин П. К. II Биологические аспекты кибернетики.— М.. 1962,— С. 74—91.
3. Арнольди И. А. Гигиена труда подростков в различных отраслях народного хозяйства.— М., 1974.— С. 390.
4. Баевский Р. М. // Адаптация и проблемы общей патологии.— Новосибирск, 1974.— Т. 1.— С. 44—48.
5. Громбах С. М. II Охрана здоровья детей.—М., 1979.— Вып. 7,— С. 166—186.
6. Громбах С. М. //Гиг. и сан,— 1967,—№ 9.—С. 34—36.
7. Гуменер П. И. // Актуальные проблемы физиологической кибернетики в гигиене детей и подростков.— М., 1984.— С. 3—12.
8. Измеров Н. Ф., Хойблайн X. Г. // Гиг. труда,— 1982.— № 1,— С. 3-6.
9. Койранский Б. Б. // Руководство по гигиене труда / Под ред. А. А. Летавета,— М., 1965.— Т. 1,— С. 121 — 168.
10. Лищук В. А. II Физиологическая кибернетика.— М., 1981,— С. 21—24.
11. Максимович В. А. Эргстермическая устойчивость человека,— Киев, 1985,— С. 128.
12. Маршак М. Е. Метеорологический фактор и гигиена труда,— Л., 1931.— С. 142.
13. Медведев В. И. Устойчивость физиологических и психофизиологических функций человека при действии экстремальных факторов.— Л , 1982,— С. 103.
14. Сердюковская Г. Н., Жилое Ю. Д. Окружающая среда и здоровье подростков.— М., 1977.— С. 199.
15. Сидоренко Г. И. // Гиг. и сан,— 1984,—№ 9,—С. 4—8.
16. Сухарева Л. М., Самотолкина Н. Г. // Проблемы адаптации в гигиене детей и подростков.— М., 1983.— С. 79—87.
17. Шидловский В. А. Мультивариантная адаптивная регуляция вегетативных функций.— М., 1978.— С. 3—7.
Поступила 27.12.89
