2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

Содержание свинца у девочек регистрируется в пределах референсных (нормативных) значений. Повышенное содержание кадмия отмечалось только у мальчиков при первом обследовании (табл. 14). Наши данные подтверждаются исследованиями ряда авторов, проведенными

вдругих регионах. Так, по данным некоторых авторов (Климацкая Л. Г., Меняйло А. В., Шевченко И. Ю., 2003), концентрация свинца и кадмия

вволосах у мальчиков выше, чем у девочек. Аналогичные результаты получены при экологических исследованиях в Приморье РФ – среднее содержание свинца и кадмия в волосах у мальчиков достоверно выше, чем у девочек.

Линейные корреляции между концентрациями свинца и кадмия

сдругими макро- и микроэлементами в волосах у мальчиков и девочек также носят различный характер, но наряду с различием в системе корреляционных связей, имеются общие показатели (табл. 17). Нужно отметить довольно высокий коэффициент корреляции свинца с калием, как у мальчиков – 0.869, так и у девочек – 0.916.

Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами,

вчастности свинцом, как классическим токсикантом, имеет глобальный характер. Увеличение содержания свинца в окружающей среде под-

Таблица 17

Коэффициенты линейной корреляции концентраций свинца и кадмия с другими

элементами в волосах детей-северян (р < 0.05)

Примечание: знаком минус (–) обозначено отсутствие значимых корреляций (р > 0.05).

тверждено результатами исследований возрастных слоев арктического льда (Гудов А. В., Багрянцев В. Н., Кузнецов В. Г., 2007). Содержание свинца в волосах у детей, по данным исследователей экологии Приморья (от 8.8 мкг/г в пригородной зоне г. Владивостока, до 134.9 мкг/г в бассейне бухты Золотой рог), свидетельствует о наличии сформировавшихся техногенных аномалий в этом регионе (Гудов А. В., Багрянцев В. Н., Кузнецов В. Г., 2007).

Свинец поступает в организм человека с пищей, питьевой водой, атмосферным воздухом. При этом в результате трансграничного водного и воздушного переноса его поступление практически не зависит от расстояния источника выброса. Механизм всасывания свинца в же- лудочно-кишечном тракте осуществляется в тонкой кишке с участием кальций-связывающего белка, в толстой кишке – пассивной диффузией (Данишевский Г. М., 1968).

Исследования, характеризующие метаболизм свинца в желудочнокишечном тракте, являются одним из основных направлений изучения поступления, аккумуляции, метаболизации и элиминации этого элемента. Избыток свинца приводит к изменениям структуры и функции цинксодержащих молекул, которые являются мишенью биологического действия свинца. Так, снижение активности эритроцитарного цинксодержащего фермента порфобилиногенсинтазы служит показателем свинцовой хронической интоксикации. Показано нарушение структуры и функции цинксодержащих клеток Панета и β-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы при длительном поступлении малых доз свинца. Токсическое действие свинца проявляется в инициировании реактивных форм кислорода в гепатоцитах с последующим повреждением внутриклеточных мембранных структур (Трахтенберг И. М., 2000, Hartwig A., 1994). Вследствие блокады клеточных Са2+-каналов свинец индуцирует апоптоз (Белушкина H. H., Северин C. E., 2001; Oberto A., Marks N., Evans H. L., Guidotti A., 1996; Stohs S. J., Bagchi D., 1995).

Полученные нами данные о различном содержании свинца в волосах у мальчиков и девочек при одинаковых условиях его поступления в организм детей, позволяют предположить, что у девочек существует иная форма выведения свинца или возможна большая кумуляция этого металла у мальчиков.

Следует отметить повышенное содержание магния у девочек, как при первом, так и при повторном исследовании, в то время как у мальчиков оно не выходило за пределы референсных значений. Магний является чрезвычайно важным элементом для нормального функционирования

нервной и сердечно-сосудистой системы. Одним из важнейших эффектов магния является его роль в торможении процессов возбуждения в коре головного мозга и связанный с этим седативный и снотворный эффект. При дефиците магния снижается способность к концентрации внимания и функции памяти. Нейрональная память, реализующаяся через потенциал-зависимый тип N-метил-D-аспартат-чувствительных рецепторов, регулируется магнием. Показано, что синтез ацетилхолина в головном мозге возможен только в присутствии ионов магния. Стойкая гипермагниемия чаще всего носит ятрогенный характер и может привести к серьезным нарушениям нормальной деятельности нервной системы вплоть до развития детского церебрального паралича (Кудрин А. В., Громова О. А., 2006). Однако значительное превышение содержания магния у девочек при первом обследовании, достигло практически нормативных значений при втором, что пресекает опасения о состоянии их здоровья.

Содержание никеля в волосах у детей оставалось в пределах допустимых значений и количественно не изменялось у мальчиков при сравнении результатов первого (I) и повторного, через два года (II) исследований (I – 0.89 мкг/г; II – 0.839 мкг/г), а у девочек оно снизилось (I – 0.83 мкг/г; II – 0.446 мкг/г).

Содержание бария, превышавшее нормативные значения у девочек при первом исследовании, снизилось до нормативных значений при повторном исследовании (табл. 14).

Высокая концентрация бария, зарегистрированная в волосах у детей при первом обследовании, по-видимому, являлась транзиторной (выброс в воде, нагрузка из пищевой цепи). Тем не менее, обнаружено, что из 14 детей с содержанием бария в волосах, значительно превышающих предельно допустимый уровень (по нормативам ВОЗ), у 6 обнаружена выраженная задержка в возрастном формировании биоэлектрической активности мозга. В процентном отношении это значительно выше, чем процент детей с этой задержкой в общей выборке обследованных детей. Из 14 детей с повышенным содержанием бария только у одного ребенка выявлена хорошая оценка вербального интеллекта по Векслеру (Сороко С. И., Бурых Э. А., Бекшаев С. С., 2006). Известно, что барий в высоких концентрациях оказывает токсичное действие на нервную и сердеч- но-сосудистую систему. Возможно, что более высокое содержание бария либо само является фактором, препятствующим нормальному развитию нервной системы, либо является маркером других нарушений метаболизма.

Концентрация висмута, лития, серебра регистрировалась в пределах допустимых норм. Наличие индия, галлия и таллия не обнаружено.

Уровень стабильного стронция в волосах у детей практически не изменился по сравнению с данными первого исследования и его содержание у девочек превышает нормальные значения, а у мальчиков остается в интервалах нормальных показателей. Следует иметь в виду, что стойкое повышение стронция в организме может приводить к нарушениям фосфорно-кальциевого соотношения в крови, к выраженным дисбактериозам кишечника, а в отдельных случаях – к стойкому изменению скелета.

Рядом авторов показано, что содержание элементов в организме человека меняется с возрастом. Например, содержание кальция и кремния увеличивается, а калия и натрия – уменьшается. Изменения могут носить линейный или циклический характер. Например, содержание кальция в организме достигает первого максимума в возрасте 9–11 лет, но к 12 годам оно снижается, а затем опять начинает увеличиваться. Содержание фосфора меняется в обратном направлении. Имеются существенные различия по полу. В организме мужчин железа больше, чем у женщин, причем эти различия максимальны в возрасте 11–12 лет. В организме женщин больше кальция, магния, фосфора, цинка, меди, кадмия и свинца (Лысиков Ю. А., 2009).

Нами обнаружены те же возрастные и половые закономерности для всех указанных элементов, кроме кадмия и свинца, содержание которых оказалось выше у мальчиков (табл. 10).

Таким образом, наши исследования, выполненные на одних и тех же детях, проживающих в условиях Европейского Севера, показали, что содержание эссенциальных макро- и микроэлементов (калия, магния, кальция, натрия, фосфора, марганца, кобальта, хрома, меди, железа, цинка, селена, серы, кремния) в волосах испытывает колебания в зависимости от пола и возраста и в ряде случаев выходит за пределы нормальных значений (табл. 14, табл. 15). Так, содержание кальция у мальчиков с возрастом не изменилось, а у девочек несколько снизилось, оставаясь в интервалах нормальных значений. Концентрация натрия снижается как у мальчиков, так и у девочек, что по данным литературы является возрастной физиологической нормой. У отдельных школьников обнаружено пониженное по сравнению с нормативными значениями содержание калия, натрия, железа (табл. 15) и фосфора (табл. 14).

Мониторинг минерального статуса детей и подростков показал стабильно повышенную концентрацию алюминия в волосах у мальчиков и

девочек, свинца у мальчиков и стронция у девочек. Несмотря на количественную сбалансированность эссенциальных макро- и микроэлементов, выявлены возрастные изменения и половые различия минерального статуса детей. Так, содержание железа, натрия, серебра, бора, бария с возрастом снизилось как у мальчиков, так и у девочек, по сравнению с показаниями предыдущих исследований. У девочек снижение содержания железа достигло нижнего уровня референсных значений, что может указывать на тенденцию к формированию его дефицита. Следует соотнести концентрацию железа у каждого из обследованных детей с уровнем гемоглобина, обеспеченностью достаточного количества железа и витамина С в пищевом рационе, состоянием желудочно-кишечного тракта. Возможно, усвоение железа снижается из-за стабильно повышенного поступления алюминия в организм детей. С возрастом изменилось содержание и других элементов, причем эти изменения имеют разнонаправленный характер и отличаются у девочек и мальчиков (табл. 14).

В настоящее время во всем мире большую тревогу вызывает увеличение количества детей и подростков с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью. Выдвинут ряд гипотез относительно патогенеза этого нарушения, однако единого взгляда на его природу не существует (Сороко С. И., Трубачев В. В., 2010). В то же время имеются данные о том, что существует тесная связь между содержанием в организме калия, алюминия, ванадия, железа и реакцией гиперактивации (Мирошников С.В., Нотова С. В., Кван О. В., 2011). В исследованной популяции детей-северян нами было обнаружено, что у значительной части из них выявляются синдром дефицита внимания с гиперактивностью, нарушения адекватного поведения и проблемы с усвоением школьной программы.

Проблема дисбаланса макро- и микроэлементов в организме человека затрагивает фундаментальные биохимические механизмы, с помощью которых эсенциальные и токсичные элементы влияют на метаболизм. В экстремальных условиях Севера, когда метаболические процессы испытывают высокое напряжение, нарушения элементного баланса могут оказать существенное влияние как на характер адаптационных реакций, так и на возрастное развитие основных систем детского организма. Многочисленными исследованиями показано, что в условиях Севера происходит задержка возрастного развития гормональной, иммунной и нервной систем, т.е. программа генетического постнатального развития реализуется на фоне повышенного напряжения адаптационных процессов. Очевидно, что кроме суровых климатических, гелиогеофизических

исоциальных условий, на эти процессы определенное влияние оказывают и нарушения элементного баланса. Известно, что ряд элементов оказывает как геностабилизирующее (цинк, селен), так и генотоксическое (алюминий, стронций, хром) (Кудрин А. В., Громова О. А., 2006; Но L. Y., Ratnaike R. N., Zalewski P. D., 2000) влияние. Дисбаланс этих элементов может вызывать нарушение экспрессии специфических генов и таким образом негативно отражаться на возрастном развитии детей и функциональном состоянии их организма, способности адаптироваться к экстремальным условиям Севера.

Мониторинг минерального статуса детей, проживающих в Коношском районе Архангельской области РФ, показал наличие значимых отклонений содержания отдельных элементов от существующих нормативов. Это особенно касается стабильно повышенной концентрации алюминия в волосах у мальчиков и девочек, свинца у мальчиков

истронция у девочек, что свидетельствует о не вполне благополучной экологической ситуации в данном регионе. Известно, что характерной особенностью проживания на северных территориях является своеобразие диеты населения, а также микро- и макроэлементный состав почвы

иводы (биогеохимические аномалии). Кроме того, имеются данные о техногенном загрязнении указанных территорий как существующими, так и ранее работавшими там предприятиями деревоперерабатывающей (особенно целлюлозно-бумажной), нефте- и газодобывающей промышленности, применением пестицидов и репеллентов в сельском и лесном хозяйствах. Следует иметь в виду и возможности трансграничного воздушного переноса загрязнений. Таким образом, изучение содержания макро- и микроэлементов в организме детей, проживающих в экстремальных условиях Европейского Севера, показало необходимость проведения дальнейшего мониторинга с целью оценки особенностей металлолигандного гомеостаза на разных этапах возрастного развития, разработки эффективных мер профилактики и коррекции атомовитозов. Необходимо проведение экологических и геохимических исследований в зоне проживания данной популяции населения с целью санитарногигиенической оценки окружающей среды, выявления источников повышенного содержания токсических веществ, определения путей их поступления в организм.

Дальнейшие исследования в области макро- и микроэлементного анализа в различных биологических средах позволят изучить новые аспекты структурно-метаболических нарушений в организме ребенка на разных этапах возрастного развития в суровых природно-климати-

ческих условиях северных регионов, понять роль атомовитозов (Сусликов В. Л., 2002) в возникновении функциональных и патологических отклонении в физическом и психическом развитии детей; это также открывает новые возможности в области применения как фармакологических, так и биологически активных веществ в виде минеральных и пищевых добавок, коррекции пищевого рациона.

Г л а в а 3

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ

И ВЫЖИВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ГОР

3.1. Горная прерывистая («флюктуационная»)

адаптация

В литературе элементы внешней среды, оказывающие влияние на человека в горах, нередко называют факторами (условиями) высокогорья. Когда при этом имеется в виду истинное высокогорье – это правомерно. Если речь идет вообще о горах, правильнее все же говорить о горных факторах (условиях), о «горном комплексе» (Миррахимов М. М., Гольдберг П. Н., 1978)]. Именно весь горный комплекс в совокупности, как и отдельные факторы внешней среды, встречающиеся в тех или иных сочетаниях, определяет специфичность воздействия гор на человека (табл. 18).

Конечно, горные условия изменяются по вертикальным ярусам, как правило, усиливая с высотой свое отрицательное воздействие на человека. Они несколько различны в каждой горной системе, обуславливая своеобразие физиологических и патологических сдвигов как у местного населения, так и у приезжих. Отдельные факторы горного комплекса в чистом виде или в различных сочетаниях встречаются человеку

ив иных обстоятельствах естественного или искусственного обитания;

ивоздействуют они на человека неодинаково по продолжительности и скорости, по месту приложения и механизму.

Анализ каждого фактора поможет лучше понять их сочетанное, интегративное, ассоциированное воздействие на человека. Поэтому, применительно к горным условиям за термином адаптация следует сохранить обозначение самого сложного явления, каким является приспособление организма к окружающей среде. Следует согласиться с теми авторами, которые процесс формирования приспособлений называют адаптациогенезом или адаптогенезом (собственно адаптацией). Наконец, для обозначения результата приспособления к горным условиям довольно точно подходит уже употребляющийся термин «адаптированность» или русское слово «приспособленность».

148 Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Таблица 18

Группировка компонентов горного комплекса по постоянству воздействия на человека

Основой биологической адаптации в горных, как и других условиях, являются морфофункциональные сдвиги. Реализуются они на субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном, организменном, а иногда и более высоких уровнях (популяционном, видовом, и т.д.). При этом адаптация на органном, тканевом и более низких уровнях, конечно, коррелирует с адаптационными сдвигами всего организма. Но степень этой корреляции неодинакова: чем более важна система для гомеостаза, тем более существенны связи ее со всем организмом, ее доля в процессе адаптации всего организма (Новиков В. С., Горанчук В. В., Шустов Е. Б., 1998).

Наиболее известные механизмы и средства биологической адаптации к горным условиям целесообразно разделить на два эшелона. Помимо степени подвижности самих регулирующих систем, экстренное включение первого эшелона детерминируется факторами горного комплекса, быстро воздействующими на организм. Механизмы второго эшелона формируются под влиянием всего комплекса факторов данной горной местности (Сазонтова Т. Г., 1996).

Реакции, отнесенные к первому эшелону, характеризуются большей динамичностью (рис. 35). Со стороны центральной нервной системы в этот период преобладают процессы возбуждения, которые охватывают и сетчатую формацию головного мозга, оказывающую в свою очередь влияние и на выше лежащие его отделы, включая кору (Малкин В. Б., 1975). Симпатическая система начинает довлеть над парасимпатической. Гормональная система экстренно реагирует своим авангардом – гормонами гипофиза и коры надпочечников (Агаджанян Н. А., Елфимов А. И., 1986; Агаджанян Н. А., Миррахимов М. М., 1970), значительной активацией адренергической системы (Зарифьян А. Г., 1974; Максутов К. М., Кирьянова Р. И., 1975), а иногда повышением функции щитовидной железы (Барбашова З. И., 1960; Калюжная Л. И., 1997). Учащается дыхание, ускоряется диффузия кислорода через альвеолокапиллярный барьер (Калюжная Л. И., 1997; Миррахимов М. М., 1964; Миррахимов М. М., Гольдберг П. Н., 1978, 1981). Циркулирующая кровь перераспределяется в сторону централизации кровообращения. Ускоряется кровоток, особенно в головном мозгу. Основным генератором энергии на короткое время становится анаэробный гликолиз. В крови нарастает количество эритроцитов и гемоглобина, возникает умеренная гиперкоагуляция.

Экономическая невыгодность этих механизмов для целостного организма перекрывается быстротой их реагирования. Благодаря им обеспечивается не только сохранение работоспособности человека (разумеется, в строго определенных пределах), но и его выживание (Новиков В. С., Горанчук В. В., Шустов Е. Б., 1998).

В горной медицине различают популяционную и индивидуальную, длительную, кратковременную и флюктуационную адаптацию. К популяционной адаптации относят тот ее вид, который наблюдается у уроженцев гор (аборигенов) и развивается на соответствующем наследственном фоне. Индивидуальная адаптация развивается у временных обитателей гор только в процессе индивидуальной жизни в горах. О длительной индивидуальной адаптации говорят тогда, когда человек живет там многие годы, иногда с самого рождения (если родители не являются коренными жителями данной местности). Если человек восходит в горы на сравнительно небольшой, но непрерывный срок (недели, месяцы), речь идет о кратковременной адаптации. Прерывистой (флюктуационной) адаптацией мы предлагаем называть реакции приспособления у тех людей, которые часто и в короткие сроки чередуют жизнь (труд) на высотах и на равнине. Этот вид адаптации, очевидно, наиболее сложный и частично изучен в ряде работ (Дергунов А. В., 1995;