3 курс / Патологическая физиология / Транспорт_кислорода_при_адаптации_человека_к_условиям_Арктики_и
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЫ»
Ë.Á. ÊÈÌ
ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА ПРИ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К УСЛОВИЯМ АРКТИКИ И КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ ПАТОЛОГИИ
Ответственный редактор академик РАН В.А. Шкурупий
НОВОСИБИРСК
«НАУКА»
2015
1
ÓÄÊ 612.017.2/.23/.26:616.1/.2(1-17) ÁÁÊ 28.080.1:54.12:54.101;58
Ê40
Ким Л.Б. Транспорт кислорода при адаптации человека к условиям Арктики и кардиореспираторной патологии. — Новосибирск: Наука, 2015. — 216 с.
ISBN 978–5–02–019192–1.
В монографии анализируется возрастная зависимость показателей внешнего дыхания, функциональных резервов системы транспорта кислорода, кислотно-основного состояния и газового состава крови, а также связь этих характеристик с «полярным стажем» и возрастом при переезде на Север. Представлены механизмы развития гипоксии у жителей Арктики. Исследование общих и отличительных черт гипоксии у северян с известными классическими формами позволило обоснованно выделить «северную тканевую гипоксию», подчеркнув сложный механизм ее развития и региональные особенности.
На основе данных функций внешнего дыхания, транспорта кислорода с кровью и микроциркуляции проведен анализ признаков преждевременного старения северян, которое проявляется в снижении резервных возможностей этих систем с увеличением полярного стажа и возраста.
Описано влияние общего и локального охлаждения на показатели газообмена у животных и людей.
Клиническая часть монографии представляет собой материалы, полу- ченные при обследовании пациентов с патологией, характерной для аркти- ческих регионов — заболеваниями бронхолегочной и сердечно-сосудистой систем.
Книга адресована физиологам, патофизиологам, экологам и практиче- ским врачам, занимающимся вопросами «северной» медицины.
Ил. 5. Табл. 74. Библиогр.: 593 назв.
Ð å ö å í ç å í ò û
доктор медицинских наук, профессор С.Г. Кривощ¸ков доктор медицинских наук, профессор Л.М. Поляков
Монография издана при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации»
Утверждено к печати Ученым советом Научно-исследовательского института экспериментальной и клинической медицины
© Ë.Á. Êèì, 2015
©Научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической медицины, 2015
©Редакционно-издательское оформление. Сибирская издательская фирма «Наука»,
ISBN 978–5–02–019192–1 2015
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СИСТЕМЕ ТРАНСПОРТА КИСЛОРОДА ПРИ АДАПТАЦИИ И ПАТОЛОГИИ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.Функция внешнего дыхания, кислородный баланс и кислородтранспортная функция крови . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Транскапиллярный обмен . . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
1.3. Состояние реакций перекисного окисления липидов и систе- |
|
мы антиоксидантной защиты . . . . . . . . . . . . . . . |
29 |
1.4. Распространенность и особенности развития хронических об- |
|
структивных болезней легких и ишемической болезни сердца |
34 |
1.5.Использование антиоксидантов в комплексной терапии больных с хроническими обструктивными болезнями легких . . 52
1.6.Механизмы действия лазерного облучения, применение в терапии пациентов с ишемической болезнью сердца . . . . . . 54
1.7.Холодовые повреждения и возможные способы профилактики в условиях Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Глава 2. СИСТЕМА ТРАНСПОРТА КИСЛОРОДА У ПРИЕЗЖИХ
ÈКОРЕННЫХ ЖИТЕЛЕЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА . . . . . . . 68
2.1.Функция внешнего дыхания и кислородный баланс у жителей Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.1.1. Функция внешнего дыхания, кислотно-основное состояние и кислородный баланс крови у приезжих жителей 68
2.1.2. Функция внешнего дыхания у коренных жителей . . . 81
2.2.Морфофизиологическая характеристика эритроцитов у жителей Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.2.1.Цитофизиологическая характеристика эритроцитов у приезжих жителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.2.2.Цитофизиологическая характеристика эритроцитов у коренных жителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3
Оглавление
2.3.Состояние транскапиллярного обмена у жителей Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.3.1. Состояние транскапиллярного обмена у приезжих жителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.3.2.Состояние транскапиллярного обмена у коренных жителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.4.Активность реакций перекисного окисления липидов и показатели антиоксидантной защиты у коренных жителей Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Глава 3. СИСТЕМА ТРАНСПОРТА КИСЛОРОДА |
У БОЛЬНЫХ |
С КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ ПАТОЛОГИЕЙ В УСЛОВИЯХ |
|
ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И КРАЙНЕГО СЕВЕРА |
. . . . . . . . 103 |
3.1.Система транспорта кислорода при хронических обструктивных болезнях легких . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.1.1. Система транспорта кислорода у жителей Западной Сиби- |
|
ри с хроническими обструктивными болезнями легких |
103 |
3.1.2.Система транспорта кислорода у приезжих жителей Крайнего Севера с хроническими обструктивными болезнями легких . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.1.3.Функция внешнего дыхания, показатели красной крови и транскапиллярный обмен у коренных жителей Крайнего Севера с хроническими обструктивными болезнями легких . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.1.4.Кислородтранспортная функция крови, активность реак-
ций перекисного окисления липидов у больных с хрони- ческими обструктивными болезнями легких в условиях жаркого климата Средней Азии . . . . . . . . . . . 112
3.2.Система транспорта кислорода при ишемической болезни сердца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.2.1.Система транспорта кислорода у больных ишемической болезнью сердца в Западной Сибири . . . . . . . . . 117
3.2.2.Транскапиллярный обмен и кислородный баланс у приезжих жителей Крайнего Севера, больных ишемической болезнью сердца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3.2.3.Транскапиллярный обмен у коренных жителей Крайнего Севера, больных ишемической болезнью сердца . . . 122
3.3.Коррекция нарушений в системе транспорта кислорода с помощью антиоксидантов и лазерного облучения крови . . . 125
3.3.1.Эффективность антиоксидантной терапии у больных с хроническими обструктивными болезнями легких в условиях Западной Сибири и экологически неблагополуч- ного района Крайнего Севера . . . . . . . . . . . . 125
3.3.2.Эффективность внутривенного лазерного облучения крови у больных ишемической болезнью сердца . . . 130
4
Оглавление
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ И МОДУЛЯТОРОВ ВОСПАЛЕНИЯ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ У ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.1. Влияние охлаждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.1.1.Локальное охлаждение, микроциркуляция и кардиоваскулярный ответ при приеме токоферола у северян . . . 136
4.1.2.Общее охлаждение и кислородтранспортная функция крови у животных . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2. Влияние модуляторов воспаления . . . . . . . . . . . . . 146
4.2.1.Кислотно-основное состояние и показатели красной крови у мышей при введении раствора AgNO3 . . . . 146
4.2.2.Содержание продуктов перекисного окисления липидов
и оксигенация крови у животных при введении зимозана 148 Глава 5. СЕВЕРНАЯ ТКАНЕВАЯ ГИПОКСИЯ . . . . . . . . . . . 151
5.1.Механизмы развития северной тканевой гипоксии, роль синдрома капилляротрофической недостаточности и внутрикапиллярного окислительного стресса . . . . . . . . . . . . 151
5.2.Способы защиты от тканевой гипоксии — физиологическая адаптация, фармакологическая защита антигипоксантами-ан- тиоксидантами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.3.Оптимальные сроки проживания на Севере без снижения резервных возможностей легких . . . . . . . . . . . . . . . 169
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК . . . . . . . . . . . . . . . 176
5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Полное название |
Сокращение |
Единицы |
|
|
измерения |
1. Показатели, отражающие кислородтранспортную функцию крови
Гематокритный показатель |
Ht |
% |
Индекс деформируемости |
ÈÄ |
|
Индекс сферичности |
ÈÑô |
½1012/ë |
Количество эритроцитов |
Ýð |
|
Максимальный диаметр эритроцита |
максДЭ |
ìêì |
Метгемоглобин |
MtHb |
% |
Минимальный диаметр эритроцита |
минДЭ |
ìêì |
Оксигемоглобин |
OxyHb |
ã/ë |
Гемоглобин |
Hb |
ã/ë |
Средний диаметр эритроцита |
ÑÄÝ |
ìêì |
Средний объем эритроцита |
ÑðÎÝ |
ôë |
Среднее содержание гемоглобина |
ÑðÑÝ |
ïã |
в эритроците |
|
|
Средняя концентрация гемоглобина |
ÑðÊÝ |
% |
в эритроците |
|
|
Сульфгемоглобин |
SHb |
% |
Толщина эритроцита |
ÒÝ |
ìêì |
Фетальный гемоглобин |
HbF |
% |
Физиологический анизоцитоз |
ÔÀ |
ìêì |
2. Показатели, характеризующие газовый состав |
||
и кислотно-основное состояние крови |
|
|
Буферные основания |
BB |
ммоль/л |
Венозная кровь |
v |
|
Капиллярная кровь |
ñ |
|
Кислород |
Î2 |
|
Кислотно-основное состояние |
ÊÎÑ |
|
Оксигенация крови |
SO2 |
% |
Отрицательный логарифм концентра- |
ðÍ |
|
ции ионов водорода
6
|
|
Список сокращений |
|
|
|
Полное название |
Сокращение |
Единицы |
|
|
измерения |
Парциальное давление О2 в крови |
ðÎ2 |
ìì ðò. ñò. |
Парциальное давление СО2 в крови |
ðÑÎ2 |
ìì ðò. ñò. |
Сдвиг буферных оснований |
BE/BD |
ммоль/л |
Стандартные бикарбонаты |
SB |
ммоль/л |
Углекислый газ |
ÑÎ2 |
|
3. Показатели, характеризующие функцию внешнего дыхания |
||
Дыхательный объем |
VT |
ìë |
Жизненная емкость легких |
VC |
ë |
Коэффициент использования O2 |
ÊÈÎ2 |
|
Максимальная вентиляция легких |
VEmax |
ë/ìèí |
Минутная вентиляция легких |
VE |
ë/ìèí |
Объем форсированного выдоха |
ОФвыд |
ìë/ñ |
Потребление O2 |
VO2 |
ìë/ìèí |
Резерв дыхания |
RV |
ë/ìèí |
Резервный объем вдоха |
RVin |
ë |
Резервный объем выдоха |
RVex |
ë |
Форсированная жизненная емкость |
FVC |
ë |
легких |
|
|
Частота дыхания в минуту |
f |
|
4. Показатели, отражающие состояние транскапиллярного обмена
Венозно-капиллярная разница по pCO2 |
(v–c)pCO2 |
ìì ðò. ñò. |
Вязкость крови |
ÂÊ |
ñÏç |
Гепариновое число |
Ã× |
ÌÅ/ìë |
Капиллярно-венозная разница по pO2 |
(c–v)pO2 |
ìì ðò. ñò. |
Капиллярно-венозная разница по SO2 |
(c–v)SO2 |
% |
Проницаемость капилляров |
ÏÊ |
|
Проницаемость капилляров для белка |
ÏÊá |
% |
Проницаемость капилляров для жид- |
ÏÊæ |
ìë |
кости |
|
|
Синдром капилляротрофической не- |
ÑÊÒÍ |
|
достаточности |
|
|
Толерантность крови к гепарину |
ÒÊÃ |
ÌÅ/ìë |
Транскапиллярный обмен |
ÒÎ |
|
5. Показатели, отражающие состояние реакций перекисного окисления липидов и антиоксидантного статуса
Аденозинтрифосфатаза |
АТФаза мкг неоргани- |
|
ческого фос- |
|
ôîðà/(Ht · ÷) |
7
Список сокращений
Полное название |
Сокращение |
Единицы |
|
|
измерения |
Антиоксиданты |
ÀÎ |
|
Внутрикапиллярный окислительный |
ÂÊÎÑ |
|
стресс |
|
|
Глутатион восстановленный |
ÃÂ |
ìã% |
Глутатионредуктаза |
Ãð |
мкмоль/ч |
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа |
Г-6-ФДГ мкмольNADPН/ |
|
|
|
ìèí/ã Hb |
Диеновые конъюгаты |
ÄÊ |
Å233/ìã |
|
|
липидов |
Малоновый диальдегид |
ÌÄÀ |
нмоль |
Перекисное окисление липидов |
ÏÎË |
ÌÄÀ/ìë |
|
||
Ретинол |
Ðò |
ìêã% |
Токоферол |
Òô |
ìã% |
Церулоплазмин |
Öï |
ìã/ë |
8
Светлой памяти моих родителей — Бориса Петровича Кима и Татьяны Александровны Ли — посвящается
ВВЕДЕНИЕ
Северные территории играют ключевую роль в национальной экономике России, обеспечении ее безопасности и геополитических интересов [Гудков А.Б., Попова О.Н., 2012]. В арктических регионах, которые составляют 2/3 ее территории, сосредоточены 80 % запасов всех полезных ископаемых, добыча которых определяет современное состояние и перспективы экономического развития страны.
Северу принадлежит ведущая роль в обеспечении страны не только топливно-энергетическими ресурсами, но и многими видами продукции горнорудной, лесной и рыбной промышленности. Хозяйственный комплекс России и большинства стран СНГ не может развиваться без основных видов сырья и топлива, добываемых в этом регионе [Зайдфудим П.Х., 1995]. Добываемые в Арктике полезные ископаемые, их разведанные запасы и прогнозные ресурсы составляют основную часть минерально-сырьевой базы нашей страны [Павленко В.И., 2013]. Здесь производится: никеля и кобальта — 90 %, меди — 60, платиновых металлов — более 96 %; извлекается газа — 80 и нефти — 60 % от всех запасов России.
Из 61 известных крупных нефтегазовых месторождений в Арктике 43 месторождения сосредоточены в России, 6 — на Аляске, 11 —
âКанаде и 1 — в Норвегии [Лукин Ю.Ф., 2012]. С 2012 г. Россия приступила к разработке Арктического шельфа, тем самым открыла новую главу истории освоения Арктики. О росте интереса горнодобывающей промышленности к арктическим ресурсам (золота)
âпоследние годы свидетельствуют оживление геолого-разведочных работ в новых районах (Чукотка, Таймыр, Аляска, Нанавут, Гренландия), а также в старопромышленных или близких к таковым арктических регионах [Бортников Н.С. и др., 2014]. Здесь особую значимость приобретают слова М.В. Ломоносова о прирастании могущества России Сибирью и Северным Ледовитым океаном [Федоров П.В., 2011].
Процесс экономического освоения северных территорий немыслим без привлечения трудовых ресурсов. В настоящее время
9
Введение
человеческие ресурсы представляют главную проблему развития Севера [Половинкин В.Н., 2013]. Создание социально-экономиче- ских условий для реализации инновационной экономики на Севере является результатом деятельности человеческих ресурсов, отсутствие которых означает отсутствие позитивного развития [Половинкин В.Н., 2013]. В советский период для работы на Севере приезжали жители разных регионов страны; в частности, из средней полосы страны в районы Крайнего Севера в конце 1990-х мигрировали 10 млн чел. [Казначеев В.П., 1984]. Однако специфика природ- но-климатических условий, малоурбанизированность территории (на примере Республики Саха (Якутия)) не способствовали организованному на государственном уровне желаемому объему заселения с целью перераспределения трудовых ресурсов [Винокурова Д.М., 2011]. В отличие от прошлых лет, в последние годы в этот регион привлекаются жители не только средней полосы страны, но в большей степени из южных регионов, стран СНГ, где климатические условия существенно отличаются от среднеширотных и тем более от климата арктических районов. Во-вторых, в последние десятилетия все чаще используется вахтовый метод труда. Сочетание только этих двух факторов предъявляет огромные требования к организму приезжих, поскольку расширяется диапазон температурного влияния и сужается время для полноценной адаптации приезжих. Актуальность проблемы адаптации человека к новым климатогеографическим условиям возрастает и в связи с принятым постановлением «О проекте программы разведки континентального шельфа РФ и разработки его минеральных ресурсов на долгосрочную перспективу» (2012–2030 гг.) и утвержденной в 2014 г. государственной программы РФ «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года».
Адаптация человека на Севере тесно связана с адаптацией его к холоду, протекающей с включением генетических, физиологиче- ских, морфологических и поведенческих реакций [Казначеев В.П., 1980, 1984; Makinen T.M., 2007, 2010]. Паттерны холодовой адаптации зависят от типа (воздух или вода) и интенсивности воздействия холода (постоянное или прерывистое). Индивидуальные факторы, такие как возраст, пол, выносливость, диета, здоровье, модифицируют реакцию на холод. В последние годы акцент переместился из климатической адаптации на проблемы питания, стресса и заболеваемости населения арктических регионов [Steegmann A.T. Jr., 2007]. Состояние здоровья жителей северных регионов часто зависит от психоэмоционального стресса, связанного с изменениями в соци-
10