Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Влияние биогеохимических характеристик среды обитания на функциональное состояние кардиореспираторной системы человека

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

АЛИМХАНОВА ДЖАМИЛЯ МАГОМЕДОВНА

ВЛИЯНИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА.

14.00.17 - нормальная физиология

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор Н.А.АГАДЖАНЯН.

Москва - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ........................................................3

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..............................................9

1.1 Экологические условия в современном мире. Общий ход развития экологической ситуации...........................................................................9

1.2 Экологическое нормирование и региональная адаптация человека.ЗО 1.3. Роль биогеохимии для определения антропогенной нагрузки

на организм человека...............................................................................41

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...............53

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ..61

3.1. Последствия антропогенного воздействия на почву обследуемого региона и ее химический состав.................................................62

3.2. Результаты сравнительного исследования микроэлементного состава волос и функционального состояния кардиореспираторной системы у студентов из Юго-Восточной Азии при их адаптации

к новым условиям России........................................................70

3.3. Результаты сравнительного исследования элементного состава волос и функционального состояния кардиореспираторной системы у школьников проживающих в г. Туле............................................90

3.4. Сопоставление функциональных резервов кардиореспираторной системы обследуемых и содержания тяжелых металлов в волосах

обследуемых групп.................................................................96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................103

ВЫВОДЫ............................................................................105

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.......................................106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................107

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ФЖЕЛ Форсированная жизненная емкость легких (л)

МОС25 Максимальная обьемная скорость выдоха

характеризует проходимость крупных бронхов (л/с)

МОС50 Максимальная обьемная скорость выдоха

характеризует проходимость средних бронхов (л/с)

МОС75 Максимальная обьемная скорость выдоха

характеризует проходимость мелких бронхов ( л /с)

ПОС Пиковая объемная скорость выдоха ( л /с)

СОС25-75 Средняя объемная скорость выдоха характеризует

проходимость средних бронхов (л /с)

ОФВ1 Объем форсированного выдоха за 1 сек (л)

ОФВ1/ФЖЕЛ Объем форсированного выдоха за 1 сек/ФЖЕЛ (л/с) ТФЖЕЛ Время выдоха ФЖЕЛ (с)

АЕХ Площадь под кривой форсированного выдоха (у.е.)

МТТ Постоянная времени (с)

М Среднее значение Ы-Я интервалов (сек)

Сигма Среднеквадратичное отклонение (у.е.)

У Коэффициент вариации (у.е.)

Мо Наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (сек)

АМо Число кардиоинтервалов соответствующих по

длительности Мо (%)

аХ Разница между максимальным и минимальным

значением кардиоинтервалов (сек) ИН Индекс напряжения по Р.М.Баевскому (у.е.)

R Порядковый номер первого отрицательного значения автокорреляционной функции (у.е.)

МВ1 Медленные волны первого порядка (у.е.)

So Мощность спектра на нулевой частоте (у.е.)

Sd Мощность спектра на частоте дыхания (у.е.)

ИЦ Индекс централизации

ВПР Вегетативный показатель реагирования (у.е.)

ПАПР Показатель активности процессов регуляции (у.е.)

ИВР Индекс вегетативного равновесия по P.M. Баевскому (У-е.)

ЧСС Частота сердечных сокращений (цикл/мин)

МОД Минутный объем дыхания (л/мин)

АД Артериальное давление (мм.рт.ст.)

ЭКГ Электрокардиография

ПТЗ Приокско-террасный заповедник

ВВЕДЕНИЕ

Стремительно изменяющиеся условия нашей жизни, глубокие преобразования в социально-экономической сфере, несовершенство природоохранных мероприятий, вмешательство человека в экологическое равновесие, приводит в конечном итоге к снижению адаптивных возможностей человека, заболеваемости, и уменьшению продолжительности жизни.

Исследование адаптивных механизмов различных систем организма в результате изменяющихся условий нашей жизни и привычной среды обитания, а также с учетом изменений происходящих в самой окружающей среде, в следствие ее антропогенного загрязнения, является наиболее актуальным направлением современной науки.

Воздействие экстремальных факторов внешней среды на организм человека, приводит к напряжению механизмов регуляции гомеостаза, и, как следствие, проявляется в снижении резервных возможностей и защитных реакций организма. (Агаджанян Н.А.,1987,1989.1991,1992; Слоним А.Д.,1976; Баевский Р.М.,1979; Коробков А.В.,1981; Фролов В.А.,1994 и др).

Адаптивные возможности человека, проявляются лишь в реальных, нередко контрастных условиях среды обитания, где необходимо максимальное напряжение всех систем организма для нормальной жизнедеятельности. Приспособительные, адаптивные возможности человека, при миграции или перемене места жительства, не всегда соответствуют новым условиям жизни, климата, состояния внешней среды. Наиболее актуальное значение приобретают геохимические и биогеохимические факторы внешней среды, все более

нарастающее антропогенное загрязнение и привнос поллютантов в окружающую среду, в значительной степени определяют здоровье человека и его адаптацию в конкретных условиях. В отношении популяции человека, существуют сведения, связанные с наличием в определенных биогеохимических провинциях эндемических заболеваний и микроэлементозов (Авцын А.П. и др.,1991).

Вернадский В.И. (1935,1960) впервые поднял вопрос о ^ биологической роли микроэлементов как важнейших факторов среды обитания. Было показано, что элементы, скапливающиеся в организмах, извлекаются ими, концентрируются из окружающей среды. Вопросы обмена микроэлементов при различных физиологических и патологических состояниях, освещены в целом ряде работ (Вернадский В.И., 1927, 1935, 1960; Виноградов А.П., 1932, 1952; Ковальский В.В., 1952, 1959; Малюга Д.П., 1952; Войнар А.О., 1955; Войнар А.И., 1960; Пейве Я.В.,1956; Бернштейн Ф.Я., 1966; Венчиков А.И., 1978 и др.).

Известно, что микроэлементы играют многогранную роль в различных физиологических и патологических процессах. Нарушение баланса химических элементов в среде (почва, вода) вызывает тяжелые патологические изменения в организме человека (уровская болезнь, эндемический зоб) (Виноградов А.П, 1932, 1952). Например, в условиях тропического климата население, как правило, отличается низкорослостью, что нехарактерно для контрастных географических зон Земли. Объяснить это можно, по-видимому, типичными для народов тропического пояса рационом, бедным белками животного происхождения и кальцием. В зависимости от характера различных почв и содержания в них микроэлементов, почвы различных биогеохимических провинций концентрирует в себе совершенно

различное содержание одних и тех же элементов. При этом все животные и растительные организмы содержат в своих тканях различное количество данных элементов.

Ковальский В.В. (1952) считает, что живой организм не имеет в определенных пределах постоянного микроэлементного состава, и объяснить это можно зависимостью элементного состава организма от среды его обитания. Для выявления этой зависимости и изучения адаптации человека в новых биогеохимических, экологических и климатических условиях внешней среды, необходим анализ существующих медико-биологических средств оценки здоровья человека. Для этого необходимо отслеживание изменений здоровья населения в связи с экологической ситуацией на ранних этапах нарушения равновесия в системе «человек - среда обитания», где основным критерием при оценке здоровья индивида должно являться изучение физиологического статуса организма и адаптированности популяции к комплексу антропогенных природно-климатических факторов. С этой целью исследование показателей кардиореспираторной системы, являющейся универсальной для характеристики адаптационных возможностей организма донозологической диагностики представляет большой интерес.

Вместе с тем, малоисследованным остается вопрос о влиянии микроэлементов и тяжелых металлов в различных биогеохимических провинциях на функциональные резервы организма и влияние биогеохимических характеристик среды обитания на функциональные резервы кардиореспираторной системы человека.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: выявление взаимозависимости микроэлементного состава биосред организма и состояния кардиореспираторной системы при адаптации человека к новым биогеохимическим условиям среды обитания.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучение элементного состава почв и биогеохимической характеристики современного промышленного города средней полосы России, и сопоставление их с элементным составом биосред организма человека.

2. Сравнительное исследование элементного состава биосред организма и состояния кардиореспираторной системы у студентов из Юго-Восточной Азии проживших в течении 3-4 лет в условиях средней полосы России.

3. Сравнительное исследование элементного состава биосред организма и состояния кардиореспираторной системы у школьников разного возраста проживающих в средней полосе России.

ГЛАВА 1

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ.

ОБЩИЙ ХОД РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ.

Антропогенная нагрузка на биосферу.

Неконтролируемый рост и интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства, без учета рекреационных ресурсов биосферы приводит к изменению климата, гидрологического режима, биогеохимического состава среды, количественного и качественного состава популяций и видов в природной среде обитающих на той или иной территории. Как следствие этих изменений в природной среде регистрируется рост заболеваемости и смертности в человеческой популяции. Всемирная организация здравоохранения проявляет активный интерес к изучению экологических факторов окружающей среды и их влиянию на здоровье человека. Этот интерес, в значительной степени основан на том факте, что в настоящее время экологические проблемы связаны с воздействием промышленной и сельскохозяйственной деятельности на природную среду нашей планеты принимают глобальный характер.

К экологическом факторам окружающей среды, оказывающими вредное влияние на здоровье человека относятся: загрязнители воздуха, воды, почвы, продуктов питания, неблагоприятные бытовые и социальные условия и др.

Загрязнение воды можно выделить в отдельный наиболее мощный действующий фактор на здоровье человека и состояние

биосферы в связи с ее центральной ролью в различных биосоциальных процессах. Воду даже называют самым распространенным «минералом» в биосфере, поскольку она является неотъемлемым компонентом всех живых систем.

Истоки загрязнения почвы в результате сельскохозяйственного производства связаны с успехами «зеленой революции», и прежде всего с интенсивным применением агрохимикатов и ирригацией. Несмотря на то, что благодаря этому во многих странах появилась возможность достижения максимальной биопродуктивности агроландшафтов, произошло и резкое усиление негативного воздействия на состояние окружающей среды, что многими учеными рассматривается как неизбежная плата человечества за успехи цивилизации. Переход с/х на индустриальную основу с использованием значительных средств приводит к избыточной антропогенной нагрузке на почву. Это сопровождается усилением давления на окружающую среду: возникновением эрозии, подкисления почв. Необходимо подчеркнуть, что во многих регионах запас почв пригодных для с/х использования практически исчерпан и земледелие вынуждено перемещаться в менее подходящие зоны - зоны рискованного земледелия (Башкин В.Н., 1993).

В условиях интенсивной антропогенной нагрузки на почву, связанной в основном с применением агрохимикатов и массированной полихимизацией агроэкосферы, биогеохимические циклы трансформируются, что сопровождается избыточным накоплением загрязнителей в фитомассе и почве, аккумуляции в грунтовых водах, а также резким усилением миграции загрязнителей в почвах, из геосферы в биосферу. В каждой почвенно-климатической зоне возникают биогеохимические провинции с избыточным накоплением различных

поллютантов (например, нитратов) в пище и воде, что индуцирует многие заболевания человека и животных (болезни желудочно-кишечного тракта и болезни крови). В тесной связи с величинами антропогенной нагрузки изменяются биогеохимические циклы практически всех элементов. Эти изменения будут различными в зависимости от первоначальных условий естественных ландшафтов и уровня воздействия на них. В соответствии с изменениями этих параметров, реакция различных организмов, включая людей, на содержание поллютантов будет также изменятся.

В настоящее время кризисное состояние биосферы и агросферы, как ее основной части, требует разработки стратегии устойчивого развития и глобального сохранения (World Resources Institute, 1989). Предъявляемым требованиям удовлетворяет теория экологически оптимальной биопродуктивности агроэкосферы, основанная на знании ее биогеохимической организованности. Оценка параметров экологически оптимальной биопродуктивности может быть выполнена на основе сравнительного изучения биогеохимических циклов элементов в агроландшафтах и их естественных ландшафтах - аналогах (Башкин, 1993).

Роль микроэлементов в патологических процессах и их малая

изученность.

Влияние разных химических элементов на организм, различное по своей специфичности и глубине, особенно сильно проявляется при резко выраженном избытке или недостатке определенных химических элементов. Выраженность биологических реакций зависит от степени

приспособленности организма к данной концентрации химического элемента и выражается образованием новых физиологических и морфологических вариаций, рас или других таксономических единиц, различными формами нарушения обмена веществ и возникновением эндемических заболеваний (биогеохимических эндемий), которые могут оканчиваться гибелью организма. Подобные эндемии известны -для стронция (хондродистрофии), бора (борный энтерит), фтора (флюороз), кальция (ломкость костей), кобальта (гипо- и авитаминоз В12), йода (эндемический зоб) и др.(ПерельманА.И.,1992).

Недостаток или избыток микроэлементов в почве и воде приводит к дефициту или избытку их в пищевом рационе, а отсюда и в организме. При этом происходят изменения в степени усвоения микроэлементов, в их метаболизме - распределении в тканях и выведении из организма, ослаблении или усилении синтеза биологически активных веществ, который сопряжен с обменом какого-либо микроэлемента, изменение интенсивности обменных процессов, зависящих от микроэлементов, адаптация к дефициту пли избытку какого-либо микроэлемента или развитие расстройств, типичных для того или иного эндемического заболевания.

Близко к проблеме биогеохимических эндемий и микроэлементов примыкает вопрос о так называемых техногенных эндемических провинциях, которые возникают при загрязнении окружающей среды. Известны случаи эндемических заболеваний в Японии и других странах, вызванные накоплением в окружающей среде ртути, свинца, кадмия, мышьяка и других металлов. По-видимому, можно ожидать дальнейших случаев поражения человека, животных и растительного мира микроэлементами, попадание которых в окружающую среду

обусловлено хозяйственной деятельностью человека, если не будет принято энергичных мер по охране окружающей среды от антропогенного загрязнения. В некоторых случаях заболевания могут возникать от воздействия микроэлементов как естественного, так и техногенного происхождения (флюороз, известный ранее лишь в местностях, где в воде содержится много фтора, регистрируется ныне и в районах загрязнения воздушного бассейна выбросами алюминиевого производства, продуктами сгорания некоторых видов твердого топлива, богатого фтором, и т.д.). Основной источник поступления микроэлементов в организм человека - пищевые продукты растительного и животного происхождения. Питьевая вода покрывает лишь 1-10% суточной потребности в таких микроэлементов, как I, Си, Ъь, Мп, Со, Мо, и лишь для отдельных микроэлементов (Б, Эг) может служить главным источником их поступления в организм (Ноздрюхина Л.Р.,1977). Содержание разных микроэлементов в пищевом рационе зависит от геохимических условий местности, в которой были получены продукты, а также от набора пищевых продуктов, входящих в рацион. Для населения развитых стран характерно включение в рацион разнообразных продуктов питания, часть из которых производится в других биогеохимических районах, ввиду чего ликвидируются условия, способствующие воздейс�