Исследование морфофункциональных особенностей эволютивной конституции и адаптационных механизмов организма человека к неблагоприятным экологическим факторам

Актуальность проблемы.

В начале XXI века в России наиболее зримо выявились негативные тенденции изменения конституции человека в виде увеличения популяции лиц астенического типа, снижения доли мышечной и костной массы (грациали-зация), увеличение доли жировой ткани, сглаживание половых различий в строении тела. При смешанном подходе к конституции ученые признают как роль наследственности, так и влияние факторов окружающей среды в формировании конституциональных свойств человека (Шевкуненко В. Н., 1925; Черно-руцкий М. В., 1925, 1938; Вишневский Б. Н., 1929; Lenz W., 1954; Клио-рин А. И., Чтецов В. П., 1979). Большинство авторов расценивают современные негативные тенденции физического развития и изменения конституции человека как следствие влияния неблагоприятных экологических и социально-экономических факторов, характерных для современной России (Алексина JI. А., Руткевич JI. А., 2002; Медведева Н. Н., 2004; Шарайкина Е. П., 2005; Негашева М. А., 2008; Николаев В. Г., Сиднеева JI. В., 2010).

Одной из актуальных проблем современной экологической морфологии является исследование воздействия неблагоприятных факторов среды жизни на конституцию человека. В этом плане решающее значение имеет правильный выбор критерия оценки конституции, его специфичность, чувствительность к внешним воздействиям в онтогенезе. Этим требованиям соответствует трохан-терный индекс, который используется для оценки эволютивной конституции человека (Штефко В. Г., 1929; Васильченко Г. С., 1990). Наиболее уязвимыми к неблагоприятным факторам среды являются препубертатный и пубертатный возрастные периоды. Недостаточная прочность скелета, недоразвитие мышечной системы, незрелость систем внутренних органов, несовершенство механизмов адаптации направленных на поддержание гомеостаза могут служить предпосылками возникновения нарушений опорно-двигательного аппарата, функциональных расстройств сердечнососудистой, дыхательной, нервной и других систем организма. В настоящее время более 60% населения России проживает в регионах экологического неблагополучия, где качество атмосферного воздуха и воды не соответствует гигиеническим нормативам (Краснощеков Г. П., Розен-берг Г. С., 1994; Суханова Н. Н., 1996; Гребнева Н. Н., 2001; Каверин А. В., Каверина Н. А., 2004; Котышева Е. Н., Дзюндзя Н. А., Болотская М. Ю. 2007; Трифонова Т. А., Селиванова Н. В., Краснощеков А. Н., Сахно О. Н., 2007; Розенберг Г. С., Лифиренко Н. Г., Костина Н. В., Лифиренко Д. В., 2009; Каторгина Г. И. Северин, Бойко И. П., 2009; Салякин И. Е., 2011; Ка-торгина Г. И., Бойко И. П., 2011; Каторгина Г. И., 2012). Развитие атомной энергетики привело к поступлению в среду обитания большого количества искусственных радиоактивных веществ, которые оказывают вредное влияние на человека совместно с техногенными токсическими факторами (Филиппович И. И., 1991; Михалев В. П., Адамович В. Л., 1997; ЬеЬеИ I., ЫаЫ А., 2001; Поляков А. Я., Петруничева К. П., 2007; Цыгановский Г. И., 2009; Розенберг Г. С., Костина Н. В., Лифиренко Н. Г., Лифиренко Д. В., 2010; Будар-ков В. А., Зенкин А. С., Киршин В. А., 2000; Каторгина Г. И., 2011, Макарова И. С., 2012; Каверин А. В, Бурлакова Т. И., Заводова Е. И. и др., 2012; Лямзина М. Г., Калязина Н. Ю., Зенкин А. С., 2012).

В условиях воздействия неблагоприятных экологических факторов у лиц с крайними значениями трохантерного индекса (диеэволютивный и патологический соматотипы), физиологические приспособительные механизмы функционируют с напряжением. Но следует учитывать тот факт, что организм человека обладает большими адаптационными возможностями к действию различных факторов среды (И. П. Бойко, И. В. Дмитриева, К. В. Татмышевский, 1998; Каверин А. В., 1999; Белоцерковский 3. Б., Любина Б. Г., 2002; Агаджанян Н. А., Дейнека Э. А., 2003; Воронов А. В., 2004; Дмитриева Н. В., Глазачев О. С., 2005; Бикчаева Ф. А., 2006; Никитюк И. Е., Попов И. В., Полянский В. А., и др., 2007; Низамов Р. М., Сухова Е. В., 2009; Тельцов Л. П., Столяров В. А., Степочкин А. А., 2009; Сухова Е. В., Фридман И. Л., 2011; АкзЬи! Ь.,.

Sergeyev О., Burns J. et al., 2010; Вакуленко А. В., 2010; Тельцов JI. П., 2011).

Изучение особенностей морфологической и функциональной адаптации девушек и женщин с разными эволютивными соматотипами, проживающих в экологически неблагополучных условиях, позволяет научно обоснованно прогнозировать негативные реакции организма на внешние воздействия и разрабатывать адекватные методы коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата, оптимизации двигательной активности и активизации умственной деятельности.

Основная концепция работы — развитие и становление конституционального типа возрастной эволюции организма зависит от экологических факторов окружающей среды: при чрезмерных внешних воздействиях формируются патологический и дисэволютивный соматотипы с выраженными нарушениями морфологической и функциональной адаптации, которые нуждаются в адекватной коррекции.

Объект исследования — медико-экологическая обстановка на территории Республики Мордовия и её влияние на эволютивную конституцию человека.

Предметом исследования — использование трохантерного индекса в качестве биоиндикатора при выполнении мероприятий по нормализации медико-экологической обстановки в регионе.

Цель и задачи исследования

.

Цель — исследование механизмов морфофункциональной адаптации, нарушений опорно-двигательного аппарата и функциональных расстройств организма у лиц, имеющих особенности эволютивного соматотипа, вызванные экологическими факторами и разработка методов их коррекции.

Задачи исследования: v ч!

— исследовать экологическую и медико-демографическую обстановку в Республике Мордовия для определения территорий и групп населения повышенного риска заболеваний у лиц, находящихся под воздействием неблагоприятных экологических факторов;

— исследовать связь загрязнения окружающей среды с морфофункцио-нальными свойствами организма, с эволютивной конституцией человека и критерием его оценки — трохантерным индексом;

— исследовать механизмы морфологической и функциональной адаптации организма, связанные с особенностями эволютивной конституции человека, обусловленными воздействием неблагоприятных экологических факторов;

— изучить возрастные особенности эволютивного соматотипа у лиц, проживающих в неблагоприятных экологических условиях;

— разработать модели реагирования центральной и церебральной гемодинамики на физическую нагрузку у лиц, имеющих экологически обусловленные особенности эволютивного соматотипа;

— разработать неинвазивные методы оздоровления лиц, с конституциональными нарушениями морфологической и функциональной адаптации, обусловленными экологическими факторами.

Методы исследования.

В исследовании применялись следующие методы. Медико-экологическое исследование Республики Мордовия включало сравнительно-статистический анализ экологической обстановки по степени и характеру загрязнения атмосферы, водоемов, почвы и радиоактивному загрязнению территории, картографический метод, анализ медико-демографической обстановки по показателям рождаемости, смертности, заболеваемости и эволютивной конституции человека.

Исследование особенностей морфологической и функциональной адаптации населения к факторам окружающей среды проводили с помощью антропометрических, физиометрических методов, а так же методов функциональной диагностики (велоэргометрия, электрокардиография, интегральная реография тела, реоэнцефалография, реовазография, интегральная двухчас-тотная импедансометрия).

Для проверки нормальности распределения в данной работе был использован критерий Шапиро-Уилкса. Для всех изучавшихся параметров определяли минимальное (Min) и максимальное (Мах) значения, среднюю арифметическую (М), среднее квадратическое отклонение © (Реброва О. Ю. 2002). Достоверность различий между рядами вариант определяли с помощью критериев Стьюдента, Фишера и Колмогорова-Смирнова. При этом различия считали достоверными при 95%-м пороге вероятности (р<0,05). Полученные данные были исследованы также с помощью парного непараметрического корреляционного анализа (по Спирмену).

Статистическую обработку проводили на IBM PC/AT «Pentium-IV» в среде Microsoft Windows ХР Professional 2007 с использованием пакета прикладных программ «STATISTICA 6.0». Экологическое картографирование осуществлялось с помощью географической информационной системы (ГИС) ArcVieW.

Научная новизна.

1. Проведено медико-экологическое исследование Республики Мордовия и выполнен анализ влияния экологических факторов на конституциональный тип возрастной эволюции организма, его морфологические и функциональные свойства.

2. Выявлена функция биоиндикатора у трохантерного индекса, которая отражает экологическое состояние окружающей среды.

3. На основе эволютивной конституции изучены особенности морфологической, физиологической адаптации населения, проживающего в неблагоприятных экологических условиях.

4. Установлена зависимость антропометрических параметров организма от величины трохантерного индекса и эволютивного соматотипа.

5. Описаны возрастные антропометрические особенности эволютив-ной конституции человека.

6. На основе конституционального типа возрастной эволюции установлена связь морфологических и функциональных показателей на разных уровнях организации: на уровне организма, функциональных систем, структуры тела и жидкостных секторов организма.

7. При изучении физиометрических параметров системы кровообращения впервые выявлены эволютивные типы конституции предрасположенные к артериальной гипотонии и к гипертонии.

8. При исследовании антропометрических параметров, структуры тела, показателей энергетического обмена и возрастных особенностей эволютив-ной конституции установлены группы лиц, склонные к повышенной массе тела и ожирению.

9. На основе конституционального типа возрастной эволюции разработаны модели реагирования центральной и церебральной гемодинамики на физическую нагрузку, которые позволяют прогнозировать неадекватные, недостаточные гемодинамические реакции и другие нарушения гемодинамики.

10. Разработан метод коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата средствами физического воспитания у лиц, имеющих особенности эволютивного соматотипа, вызванные неблагоприятными факторами окружающей среды.

11. Разработан метод коррекции особенностей высшей нервной деятельности путем активизации умственной деятельности с помощью игрового метода обучения у студенток, имеющих особенности эволютивного соматотипа, вызванные неблагоприятными факторами окружающей среды.

Научная и практическая значимость работы.

— Установлена зависимость эволютивной конституции населения, её морфологических и функциональных свойств от действия неблагоприятных экологических факторов;

— выявлена биоиндикаторная функция трохантерного индекса: при неблагоприятных условиях окружающей среды трохантерный индекс отклоняется от средних значений, что приводит не только к ухудшению показателей физического развития, но и снижению адаптационных возможностей организма, а при крайних (минимальных и максимальных) значениях трохантерного индекса возникают нарушения опорно-двигательного аппарата, функциональные расстройства висцеральных систем организма, нарушения ней-ро-гуморальной регуляции, обменных процессов, высшей нервной деятельности в основе которых лежат патологические изменения реактивности при чрезмерных внешних воздействиях, когда организм не в состоянии обеспечить поддержание постоянства своей внутренней среды;

— использование конституционального подхода с учетом возрастной эволюции организма имеет большое теоретическое и методологическое значение, так как через конституцию — фундаментальную характеристику организма человека раскрываются важнейшие диалектико-материалистические закономерности в биологии и экологии человека (принцип детерминизмапричины изменений организма обусловлены влиянием факторов окружающей среды, переход количественных изменений трохантерного индекса в качественно новое состояние организма, взаимосвязь организма человека и окружающей его среды) и рассматривается общая тенденция изменения конституции человека;

— на основе физиометрических исследований системы кровообращения, электрокардиографии, интегральной реографии тела, реоэнцефалогра-фии в покое и при физической нагрузке были разработаны модели реагирования центральной и церебральной гемодинамики на физическую нагрузку, которые позволяют прогнозировать нежелательные гемодинамические реакции разработаны методы коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата (сколиозы, силовая недостаточность) у студенток с дисэволютив-ным и патологическим типами конституции, возникшим под влиянием неблагоприятных экологических факторов окружающей среды, средствами атлетической гимнастики, которая позволяет уменьшить степень сколиоза и увеличить силу мышц кисти;

— разработан метод коррекции конституциональных особенностей высшей нервной деятельности у студенток с крайними значениями трохан-терного индекса, и признаками синдрома дефицита внимания и гиперактивности, развившимися в условиях проживания в неблагоприятных экологических условиях, путем активизации умственной деятельности.

Положения, выносимые на защиту.

1. Проведенное медико-экологическое исследование Республики Мордовия показало, что население, проживающее на антропогенно загрязненных территориях, подвержено воздействию ряда неблагоприятных экологических факторов. Особенно уязвим в этом плане молодой организм вплоть до окончания пубертатного периода. Недостаточная прочность скелета, недоразвитие мышечной системы, слабость гематоэнцефалического барьера, незрелость внутренних органов и, наконец, несовершенство адаптационных механизмов направленных на поддержание гомеостаза обуславливают повышенную восприимчивость молодого организма к различным вредным воздействиям.

2. Население, проживающее в экологически неблагоприятных условиях, имеет статистически значимые различия по эволютивной конституции, антропометрическим и функциональным параметрам, которые отражают морфологическую и физиологическую адаптацию организма к условиям среды обитания.

3. Морфологические и функциональные свойства эволютивной конституции человека взаимосвязаны через критерий её оценки — трохантерный индекс на разных уровнях: организма, систем органов, структуры тела и жидкостных секторов организма. На примере конституционального типа возрастной эволюции организма реализуется важнейший принцип строения организма — единства структуры и функции.

4. При оптимальных значениях факторов окружающей среды трохантерный индекс принимает среднее значение (нормэволютивный тип конституции) или незначительно отклоняется от среднего значения (гиперэволю-тивный и гипоэволютивный типы конституции). Люди с данными эволютив-ными типами конституции отличаются высокими адаптационными возможностями.

5. Под действием неблагоприятных факторов среды трохантерный индекс значительно отклоняется от средних значений (дисэволютивный и патологический типы конституции). Представители данных эволютивных типов конституции имеют низкие адаптационные возможности для поддержания гомеостаза. У них наблюдаются признаки дезадаптации к факторам окружающей среды в виде нарушений опорно-двигательного аппарата и парадоксальных и неадекватных недостаточных гемодинамических реакций.

6. Построение моделей реагирования центральной и церебральной гемодинамики на физическую нагрузку в зависимости величины трохантерного индекса и эволютивного соматотипа позволяют прогнозировать нежелательные гемодинамические реакции у лиц, проживающих в неблагоприятных экологических условиях.

7. Методы коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата средствами физического воспитания и оптимизации двигательной активности, а так же метод коррекции нарушений высшей нервной деятельности и высших психических функций повышают адаптационные возможности к физической и умственной деятельности у людей, проживающих в неблагоприятных экологических условиях.

8. Устранение действия неблагоприятных экологических факторов в Республике Мордовия приведет к улучшению показателей эволютивной конституции населения и нормализации морфофункциональных показателей организма.

Апробация диссертации.

Основные положения диссертации докладывались на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях «Евсевьевские чтения) (Саранск, 2010,2011,2012), на Международной научно-практической конференции «Осовские чтения» (Саранск, 2011), на V Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (Новосибирск, 2010), на Международном форуме по проблемам науки, техники и образования «III Тысячелетие — новый мир» (Москва, 2010), на XIX Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2010), на Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в науке и образовании: молодежные инициативы» (Саранск, 2010), на IV Всероссийской конференции с международным участием «Медико-физиологические проблемы экологии человека» (Ульяновск, 2011), на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы в сфере физической культуры и спорта: состояние, перспективы развития» (Саранск, 2011), на Международной заочной научной конференции «Новые задачи современной медицины» (Пермь, 2012).

Результаты исследования прошли апробацию в ходе чтения курса лекций учителям биологии в Мордовском республиканском институте повышения квалификации работников образования (МРИПКРО).

Публикации.

Основные результаты диссертационного исследования полностью отражены в 46 публикациях общим объемом 117 п. л., в 17-ти статьях по Перечню ВАК РФ, 5 монографиях и 7 учебных и 2 учебно-методических пособиях.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка, насчитывающего 315 наименований, в том числе — 83 на иностранных языках. Основные научные результаты представлены в 113 таблицах, на 137 рисунках. Общий объем работы — 590 страниц, из них 438 страниц основного текста.

ВЫВОДЫ.

Исследования, представленные в настоящей работе позволили получить следующие результаты.

1. Выполненный анализ экологической обстановки в Республике Мордовия, определены территории, подвергшиеся радиоактивному и химическому загрязнению, а так же группы населения повышенного риска, проживающих в неблагоприятных экологических условиях.

2. Исследована связь загрязнения окружающей среды с организмом человека, его морфологическими и функциональными свойствами. Она осуществляется через конституциональный тип возрастной эволюции. Проведенными комплексными исследованиями антропометрических показателей, структуры тела, жидкостных секторов, функционирования физиологических систем организма студенток, подвергшихся действию неблагоприятных экологических факторов, экспериментально доказано наличие у трохантерного индекса — критерия оценки эволютивного соматотипа функции биологического индикатора.

3. Исследованы механизмы морфологической и функциональной адаптации организма, связанные с особенностями эволютивной конституции человека. При средних значениях трохантерного индекса (нормэволютивный тип конституции) наблюдаются оптимальные морфологические и функциональные показатели организма и хорошие адаптационные возможности организма. При небольших отклонениях трохантерного индекса от средних значений (гиперэволютивный и гипоэволютивный типы конституции) отмечается тенденция к изменению морфологических и функциональных показателей и хорошие адаптационные возможности организма.

4. При крайних значениях трохантерного индекса отмечаются статистически достоверные изменения морфологических и функциональных свойств организма и снижение его адаптационных возможностей. Нарушения адаптации при дисэволютивном и патологическом типах конституции носят, А комплексный характер. Они проявляются на разных структурных и функциональных уровнях организма, в виде нарушений опорно-двигательного аппарата, структуры тела, обменных процессов, деятельности системы кровообращения, дыхания, нервной системы и высшей нервной деятельности.

5. В ходе работы были установлены возрастные особенности эволю-тивной конституции человека, которые позволили нам установить группы лиц, склонных к избыточной массе тела и гипертонии.

6. Использование конституционального подхода при анализе особенностей кровообращения позволило построить регрессионные модели для прогнозирования нежелательных реакций центральной гемодинамики и церебральной гемодинамики на физическую нагрузку.

7. Разработаны неинвазивные методы оздоровления населения, проживающего в зонах повышенного экологического риска: коррекции конституциональных нарушений опорно-двигательного аппарата средствами физического воспитания и коррекции конституциональных особенностей высшей нервной деятельности путем её активизации с помощью игрового метода обучения. Данные методы коррекции конституциональных нарушений морфологической и функциональной адаптации организма показали высокую эффективность и безопасность для человека.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

Рекомендации по использованию результатов данной научной работы на практике имеют в первую очередь экологическую направленность. Загрязнение окружающей природной среды на территории Мордовии, происшедшее вследствие интенсивного развития промышленности и энергетики в 30 — 80-е, стихийной химизации сельского хозяйства в 60 — 80-е годы XX столетия, а в последние годы и автотранспорта, наличие в регионе очагов радиационного загрязнения, работа во вредных и опасных условиях труда создали предпосылки к появлению производственно и экологически зависимых заболеваний. Для проведения целенаправленной политики по укреплению здоровья граждан Мордовии необходимы скоординированные межведомственные усилия по уменьшению воздействия неблагоприятных факторов окружающей и производственной среды. В первую очередь, эти действия должны быть ориентированы на те факторы, которые представляют наибольшую опасность для здоровья. Выяснение таких приоритетных факторов и является одной из основных задач экологической эпидемиологии и исследований по оценке риска воздействия загрязненной окружающей среды на здоровье населения.

Механизмом реализации этой политики, по идеологии Европейского Бюро ВОЗ, должны стать национальные и региональные планы действия по гигиене окружающей среды, основанные на опыте подхода ВОЗ «Здоровье для всех», а также исходя из знаний, накопленных в процессе деятельности других организаций, по охране окружающей среды в регионе. Основными элементами Плана действий являются:

• разработка планов действий на уровне отдельных стран;

• определение исполнителей в контексте взаимной ответственности и единства;

• обеспечение совместного участия государственных организаций здравоохранения и охраны окружающей среды в разработке политики;

• совершенствование политических механизмов разделения ответственности между всеми отраслями экономики;

• поддержка приоритетных действий, согласованных на международном уровне.

Среди экологическизависимой заболеваемости населения, Европейское Бюро Всемирной Организации Здравоохранения выделяет болезни органов дыхания. В Мордовии в населённых пунктах, с загрязненным атмосферным воздухом проживают более 30% населения. При территориальном анализе выясняется, что среди населения Саранска заболеваемость этими болезнями выше более чем в два раза, чем в остальных районах. Вторые и третьи места по данной патологии в последние десять лет занимают Чамзинский и Рузаев-ский районы. Загрязнение атмосферного воздуха в большинстве населённых пунктах связано с постоянно растущим движением автотранспорта, и поэтому основные мероприятия планируются по снижению поступления загрязняющих веществ именно от этого источника загрязнения.

На втором месте среди экологически зависимой заболеваемости находятся травмы и отравления. Ежегодно неблагоприятные условия труда являются причиной до 10,9% случаев профессиональных заболеваний.

Третье место среди экологически зависимой заболеваемости занимают болезни органов пищеварения, то есть заболевания, связанные с воздействием микробно-загрязнённой воды и продуктов питания. Высокие показатели заболеваемости этими болезнями во многом связаны с неудовлетворительным обеспечением населения доброкачественной питьевой водой и загрязнением открытых водоёмов неочищенными канализационными стоками. В целях снижения заболеваемости кишечными болезнями необходимо ужесточить контроль за источниками питьевого водоснабжения, продуктами питания, улучшить санитарное благоустройство территории города.