1

На правах рукописи

АСЯМОЛОВ Павел Олегович

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МИКРОГЕМОЦИРКУЛЯЦИИ

И МЕТАБОЛИЗМА ТКАНЕЙ ШКОЛЬНИКОВ И СТУДЕНТОВ В

УСЛОВИЯХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ

ОБИТАНИЯ

Специальность 03.02.08 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Брянск – 2013 2

Работа выполнена на кафедре зоологии и анатомии ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г.

Петровского»

Научный руководитель: Литвин Федор Борисович доктор биологических наук, доцент

Официальные оппоненты: Сентябрев Николай Николаевич доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградской академии физической культуры, спорта и туризма», кафедра физиологии человека, профессор Золотникова Галина Петровна доктор медицинских наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Брянского государственного университета имени акад. И.Г. Петровского», кафедра прикладной психологии, профессор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Смоленский государственный университет»

Защита диссертации состоится «13» декабря 2013 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.020.03 при ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г.

Петровского» в конференц-зале по адресу: 241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14, Информационный центр БГУ (общежитие № 4). Телефон (4832) 66-65-38, факс (4832) 66-63-53.

E-mail: [email protected]; [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского» по адресу:

241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14, с авторефератом – на сайте ВАК РФ:

www.vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «13» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Н.Н. Панасенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Приоритетной задачей современности является создание условий для выживания и устойчивого развития человечества, при котором качество жизни и качество окружающей среды должны находиться в гармонии (Агаджанян Н.А. 2000, 2001; Щедрина А.Г., 1989; Мельникова С.Л., 1997; Онищенко Г.Г., 2001; Выборнов В.Б., Синода В.А., 2004; Крикун Е.Н., 2006).

Для более широкого понимания анатомо-физиологической изменчивости организма важно изучить морфофункциональное состояние системы микроциркуляции, которая является маркером обменных процессов в организме и позволяет раскрыть индивидуальные особенности патогенеза нарушений кровообращения [Tillmanns H., 1990; Braverman I.M., 1997; Гайворонский И.В., 2002; Азизов Г.А., 2005; Аминова Г.Г., 2003; Popel A.S., 2005; Ellis C.G., 2005;

Козлов В.И., 2006; Tyagi A., 2009: Toda N., 2011]. Внутренняя неоднородность популяции, обусловленная наличием индивидуальных особенностей организма, диктует поиск путей и подходов, позволяющих увидеть общие закономерности функционирования системы микроциркуляции при сохраняющемся спектре индивидуальных различий. Этим требованиям удовлетворяет индивидуальнотипологический подход к оценке морфофункциональных особенностей человека [Морозов М.В., 2004; Литвин Ф.Б., 2004; Цехмистренко Т.А., Станишевская Т.И., 2006; Чуян Е.Н., 2008; Трибрат Н.С., 2010]. Техногенное загрязнение окружающей среды и одна из его составляющих радионуклиды, попавшие в атмосферу в результате аварии на Чернобыльской АЭС представляет реальную опасность для роста частоты отклонений от нормального развития организма человека [Коваленко А.Н., 1990; Тупицын и др., 1994, Бурлакова Е.Б., 1996; Старцева Ю.В, 1998; Глазачев О.С., 1998; Стукалова В.В., 2002; Дорощенко В.Н., 2003; Литвин Ф.Б., 2004; Булацева М.Д., 2005; Михалев В.П., 2001; Золотникова Г.П., 2007;

Корсаков А.В., 2012]. Брянская область является одной из наиболее пострадавших в Центральном Федеральном округе, где под загрязнением радионуклидами с разным уровнем радиации находится 2440 км2 территории. Длительное воздействие малых доз радиации вызывает нарушения в сердечно-сосудистой системе в целом [Цыб А.Ф., 1997; Бурлакова Е.Б., 1999; Ермакова О.В., 2007; Alzen G, Benz-Bohm G., 2011] и ее периферического звена - системы микроциркуляции [Поленов С.А., 2008; Tsoukias N.M., 2007; Mchedlishvili G., 2007; Somani A., 2010;

Su S.-W., 2012]. В последнее время появились работы, посвященные изучению обособленного влияния повышенных доз радиации на растущий организм [Бородина И.Ю., 2000; Бурлакова Е.Б., 1996, 1999; Глазачев О.С., 1998; Андреева И.Г., 2006 Литвин Ф.Б., 2006], а также при комплексном воздействии ксенобиотиков [Михалев В.П., 2001; Цыгановский А.М., 2009; Корсаков А.В., 2012]. В тоже время отсутствуют работы по изучению сочетанного влияния малых доз радиации в комплексе с тренировочными физическими нагрузками, что определило направление наших исследований.

Цель и задачи исследования Целью работы явилась эколого-физиологическая характеристика системы микроциркуляции и метаболизма кислорода у школьников и студентов с учетом региона проживания и уровня двигательной активности.

';

Задачи исследования:

1. Изучить индивидуально-типологические особенности организации системы микроциркуляции с учетом регионов проживания и уровня двигательной активности.

2. Изучить особенности метаболизма кислорода в системе микроциркуляции школьников и студентов с учетом регионов проживания и уровня двигательной активности.

3. Определить функциональные резервы системы микроциркуляции и реактивность микрососудов у детей, подростков и юношей с разным уровнем двигательной активности и проживающих в разных радиоэкологических условиях.

4. Определить гендерные различия микроциркуляции крови метаболизма кислорода с учетом места проживания и уровня двигательной активности.

Объект исследования – тканевой кровоток кожного покрова человека.

Предмет исследования – микрогемодинамика и метаболизм кислорода в коже человека при действии систематических физических нагрузок с учетом территории проживания.

Научная новизна полученных результатов.

Впервые в Брянской области на обширном материале с применением современных методов исследования проведен сравнительный анализ интенсивности микрокровотока и метаболизма кислорода у школьников и студентов, проживающих в районах с радиационной нагрузкой и разным уровнем двигательного режима, что проявляется увеличением спектра «крайних» типов микроциркуляции. Анализ основных параметров метаболизма кислорода показал повышенное содержание кислорода в смешанной крови микроциркуляторного русла у школьников и подростков из радиоэкологически благополучных регионов и достоверно низкий показатель сатурации кислорода у испытуемых трех возрастных групп, обоего пола из радиоэкологически неблагополучных регионов, что иллюстрирует напряжение механизмов адаптации.

Впервые установлено, что при систематических занятиях спортом среди спортсменов мужского и женского пола растет число представителей с гиперемическим и гипоемическим типом и уменьшается число лиц с мезоемическим типом микроциркуляции. Впервые выявлено, что при систематических физических нагрузках у спортсменов независимо от пола, возраста и типа микроциркуляции статистически ниже показатель сатурации кислорода, свидетельствующий о повышении интенсивности его утилизации.

микроциркуляторного русла преимущественно в предпубертатном и пубертатном периодах роста и развития организма. Впервые показано, что жители РЭНР (Радиоэкологически неблагоприятных районов) характеризуются исходно высоким уровнем обменных процессов, а систематические физические нагрузки усиливают напряженность механизмов регуляции в системе микроциркуляции. Возрастает утилизация кислорода из крови в ткани и активное его использование на клеточном уровне.

Теоретическая значимость. Полученные новые знания о функциональных возможностях системы микроциркуляции организма дополняют и углубляют теорию общей адаптации и стресса. Установленные данные существенно дополняют знания об особенностях роста и развития организма детей и подростков в условиях повышенного двигательного режима в сочетании с воздействием малых доз радиации. Новые факты и оригинальность использования наряду с методом лазерной допплеровской флоуметрии, метода оптической тканевой оксиметрии и лазерной флуоресцентной диагностики в значительной степени предопределяют теоретическую базу для дальнейших научных исследований в области микроциркуляции.

Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований могут послужить информационной базой для оценки резервных возможностей организма при повышенном двигательном режиме в радиоэкологически неблагоприятных условиях среды обитания с учетом типа микроциркуляции, в качестве дополнительных критериев в комплексной оценке здоровья. Полученные результаты исследования позволяют использовать их в качестве нормативного материала при индивидуальной и популяционной оценке состояния здоровья школьников и студентов Брянской области, что необходимо в практической работе учителей физической культуры, тренеров, педиатров и валеологов. Основные положения диссертации используются в учебно-педагогическом процессе на кафедре спортивных дисциплин и кафедре анатомии и зоологии Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, кафедре биологических дисциплин Смоленской академии физической культуры, спорта и туризма, кафедре физического воспитания Брянской инженерно-технологической академии. Выявленный рост напряженности регуляторных систем организма школьников и студентов в радиоэкологически неблагоприятных условиях среды обитания служит основанием для разработки комплекса медико-биологических и социально-экологических мероприятий, направленных на оптимизацию учебной и спортивной деятельности.

Использование метода лазерной допплеровской флоуметрии в сочетании с оптической тканевой оксиметрией и лазерной флуоресцентной диагностикой позволило выявить системные преобразования в организме детей, подростков и юношей.

Каждый индивидуум имеет индивидуальный «экологический портрет»

встроенный в морфогенетические закономерности роста и развития организма и представленный индивидуально-типологическими особенностями системы микроциркуляции. Разная частота встречаемости типов микроциркуляции отражает существование экологической дифференциации детской, подростковой и юношеской популяции.

Систематические физические нагрузки по-разному воздействуют на систему микроциркуляции в зависимости от условий обитания.

Длительное воздействие малых доз радиации повышает уровень напряженности регуляторных механизмов в системе микроциркуляции, связанный с повышением утилизации кислорода из крови в ткани.

Лазерная допплеровская флоуметрия в сочетании с оптической тканевой оксиметрией и лазерной флуоресцентной диагностикой является объективным и высокоинформативным методом оценки функционального состояния системы микроциркуляции и может использоваться для оценки уровня адаптации организма.

Личный вклад соискателя. Соискателем самостоятельно выполнена экспериментальная часть работы, проведена статистическая обработка полученных данных, сделан анализ литературного материала. Постановка цели и задач исследования, обоснование путей их решения, а также анализ результатов исследования и их обсуждение проведены с участием научного руководителя.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены на V Всероссийском симпозиуме с международным участием «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение» (г. Ижевск, 2011); IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Микроциркуляция в клинической практике» (Москва, 2012); на II Международной научно-практической конференции «Современные средства повышения физической работоспособности спортсменов» (г. Смоленск, 2012); на I международной заочной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития физической культуры и спорта в современных условиях»

(г. Брянск, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 3 статьи в журналах из списка, утвержденного ВАК России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на страницах, состоит из перечня условных сокращений, введения, четырех разделов:

обзора литературы (1 раздел), описания материала и методов исследования ( раздел), результатов исследования (3 раздел), обсуждения результатов исследования (4 раздел), выводов и литературы из 138 отечественных и иностранных источников. Диссертация иллюстрирована 34 рисунками и включает 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В соответствии с целью и задачами нами выполнено исследование на практически здоровых школьниках и студентах, среди них 315 мальчиков и девочек в возрасте от 7 до 22 лет. Из радиоэкологически благоприятных регионов 165 юношей и 158 девушек из них 76 юношей школьников и 92 девушки школьницы, и 89 юношей спортсменов и 66 девушек спортсменов. Из радиоэкологически неблагоприятных регионов 150 юноша и 123 девушки, из них 79 юношей школьников и 71 девушка школьница, и 72 юноши спортсмена и девушка спортсмен. Спортсмены занимались дзюдо, продолжительность занятий спортом от полугода до 6 лет. Состояние радиационного загрязнения приведено в Таблице 1, по данным Корсакова А. В. (2012).

Регистрируемый при ЛДФ сигнал (параметр микроциркуляции - ПМ) представляет собой интегральную характеристику подвижности эритроцитов в зондируемом объме ткани. Учитывая скорости движения эритроцитов по разным генерациям микрососудов, можно оценить их одномоментное распределение в зондируемом объме ткани. Поскольку регистрация ЛДФ-граммы ведтся в режиме мониторинга, то регистрируемый статистически усредннный параметр ПМ характеризует поток эритроцитов в единицу времени через единицу объма ткани, измеряемых в перфузионных единицах (п.е.). С одной стороны, чем выше параметр ПМ, тем выше уровень перфузии тканей. С другой стороны, высокий показатель ПМ может быть сопряжн с явлениями застоя крови в венулярном звене микроциркуляторного русла.

Частота и амплитуда осцилляций кровотока в каждый данный момент вариабельны, эту изменчивость отражает ЛДФ-грамма в виде важной характеристики потока эритроцитов – или СКО (среднее квадратичное отклонение) – статистически значимых колебаний скорости эритроцитов. Этот показатель также измеряется в относительных или перфузионных единицах (п.е.).

Величина СКО существенна для оценки состояния микроциркуляции и сохранности механизмов е регуляции. Чем выше СКО, тем лучше функционируют механизмы модуляции тканевого кровотока. Соотношение между перфузией ткани и величиной е изменчивости (СКО) характеризуется коэффициентом вариации Kv (Kv= /ПМх100%). Чем выше коэффициент вариации, тем лучше выражена вазомоторная активность микрососудов. Коэффициент вариации непосредственно зависит от соотношения метаболической, симпатической и парасимпатической регуляцией микроциркуляции крови. Оценка параметра SO2 в анализаторе основана на разнице в оптических свойствах оксигенированных (HbО2) и дезоксигенированных (Hb) фракций гемоглобина, содержащихся в тестируемом объеме крови биоткани, при зондировании в зеленом и красном диапазонах излучений. В канале ОТО применяются для зондирования ткани лазерные источники на длинах волн излучения 0,53 мкм (зеленая область спектра) и 0,65 мкм (красная область спектра) (Сидоров, 2000).

Радиоактивная загрязннность городов Брянской области Город Брянской области Плотность радиоактивного загрязнения Поскольку оптическое поглощение света кровью в указанных спектральных диапазонах длин волн происходит, в основном, за счет поглощения света гемоглобином крови (в разных его фракциях), то регистрируемый и индицируемый прибором ЛАКК-М параметр «Vкр» характеризует относительное (процентное) содержание гемоглобина в общем тестируемом объеме биоткани. Аналогично и параметр SO2 является в этом смысле интегральным параметром, соотнесенным с общим объемом биоткани. В основе лазерного флуоресцентного анализа лежит регистрация фотонов, испускаемых молекулами при переходе из электронновозбужденного в основное состояние.

Многие важные биологические объекты характеризуются собственной флуоресценцией или имеют флуоресцирующие компоненты — флуорофоры. В синей и желто-зеленой областях спектра флуоресцируют восстановленные пиридин-нуклеотиды НАДН и НАДФН (440—480 нм) и окисленные флавопротеиды (510—540 нм). Эти вещества участвуют в таком важном внутриклеточном процессе, как дыхание. Поэтому практически любые сдвиги в клеточном метаболизме отображаются на динамике свойств НАДН и флавопротеидов, а она в свою очередь может быть выявлена при флуоресцентном анализе живых клеток и тканей.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Система микрогемоциркуляции у школьников и студентов из радиоэкологически благополучных районов.

В работе испытуемые с величинами ПМ до 6,9 п.е. отнесены к гипоемическому типу микроциркуляции; с ПМ от 7,0 п.е. до 10 п.е. – к мезоемическому типу, и свыше 10 п.е. – к гиперемическому типу.

По разработанным индивидуально-типологическим характеристикам системы микроциркуляции, выявлен достоверный рост с возрастом числа испытуемых мужского и женского пола с мезоемическим типом микроциркуляции и снижение лиц с «крайними» типами. В частности, среди лиц мужского пола процент лиц с