Систематическая физиология. Частная физиология процессов и систем

Учебное пособие, подготовленное авторами, представляет инновационную разработку программу комплексного тестирования функциональной тренированности спортсменов «Чемпион», в основу которой положены результаты многолетних исследований, проводившихся на кафедре физиологии и биохимии последние 30 лет. Результатом этой работы стала разработка не только методики комплексного тестирования, но и создание цифрового продукта, в который внесены алгоритмы автоматизированных интерпретаций показателей и рекомендаций при различном соотношении и сочетании исследуемых показателей, воспользовавшись которыми, тренер-исследователь сможет эффективно сбалансировать тренировочные нагрузки и обеспечить спортсмену оптимальное функциональное состояния для успешной соревновательной деятельности. Исследование показало, что компьютерная программа способна своевременно и точно оценивать тренировочные эффекты нагрузок для принятия тренером управленческих решений. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при освоении дисциплин «Физиологические основы оптимизации тренировочных нагрузок», «Физиологические основы коррекции функционального состояния спортсменов».

Проанализированы исследования, посвященные изучению влияния социальных факторов на кинематические профили (скорость, амплитуда, траектория, апертура захвата и другие характеристики) действий человека. Описаны лабораторные модели совместной сенсомоторной деятельности людей в различных социальных контекстах на примере кинематики досягаемости, комплементарных действий, сенсомоторной коммуникации, задач на имитацию и двигательную интерференцию. Рассмотрены исследования, описывающие влияние целей взаимодействия (кооперация, конкуренция, коммуникация) и присутствия наблюдателя на кинематические параметры движений. Показана роль социальных факторов в осуществлении комплементарных действий, а также описан эффект взаимовлияния физических требований задачи и социального контекста на кинематические профили движений. Представлены результаты исследований, в которых установлено, что соисполнители модулируют особенности своих действий, чтобы устранить неоднозначность собственных двигательных намерений для другого человека (сенсомоторная коммуникация). Описаны контекстуальные факторы, влияющие на степень двигательной интерференции и подражательного поведения: характер наблюдаемых стимулов, статус соагента, принадлежность к группе, а также нейротипичность испытуемых. Показана возможность уменьшения зрительно-моторного интерференционного эффекта с помощью представления неконгруэнтных действий в качестве взаимозависимых компонентов общего плана деятельности. Описаны нейрофизиологические механизмы межличностной координации. Результаты изучения особенностей движений человека в различных социальных контекстах могут быть использованы для повышения эффективности командной работы в различных профессиональных сферах, реабилитации людей с нарушениями двигательной функции, оптимизации условий труда и улучшения взаимодействий человека с роботизированными системами.

Представлена эффективная схема коррекции и развития зрительного восприятия у детей с нарушением интеллекта и сенсомоторных функций, включающая в себя алгоритм проведения процедур транскраниальной микрополяризации и педагогическое воздействие, направленное на развитие зрительного восприятия, зрительной памяти, зрительного анализа и синтеза. Приводится клинический случай из практики, иллюстрирующий возможности данного подхода в рамках взаимодействия «невропатолог–педагог».

Проживание в неблагоприятных климатогеографических условиях Арктической зоны РФ требует напряжения адаптивных механизмов центральной нервной системы организма человека. Параметры когнитивного вызванного потенциала Р300 являются индикаторами электрических процессов мозга, связанных с механизмами восприятия и обработки информации. Цель исследования – установить особенности параметров когнитивного вызванного потенциала Р300 у старших школьников, проживающих на различных территориях Арктической зоны РФ, на основе сравнительного анализа. Проведена оценка слухового вызванного потенциала Р300 у школьников 16–17 лет, проживающих в Ненецком автономном округе, ЯмалоНенецком автономном округе и Архангельской области. Латентное время и амплитуду слухового вызванного потенциала Р300 регистрировали с помощью электроэнцефалографа «Энцефалан 131-03» («Медиком МТД», Россия) в лобных (F3, F4), центральных (С4, С3), теменных (Р3, Р4), средневисочных (Т3, Т4), передневисочных (F7, F8) отделах головного мозга при выполнении задания на отбор значимого стимула в парадигме oddball. У школьников Архангельской области и Ямало-Ненецкого автономного округа амплитудно-временные параметры когнитивного вызванного потенциала Р300 значимо не различались. У школьников Ненецкого автономного округа, среди которых бо́льшая часть относилась к коренным народам Севера (ненцы), установлено более длинное латентное время Р300, чем у сверстников из других регионов. При этом значения амплитуды Р300 у школьников всех изучаемых регионов были статистически идентичными. Приведены обоснования того, что более продолжительное время для обработки информации по данным Р300 отражает адаптивные психофизиологические особенности популяции лиц с длительным историческим стажем проживания на Севере.

Рекомендации предназначены для зооветспециалистов животноводческих хозяйств и комплексов, преподавателей и студентов сельскохозяйственных вузов, техникумов, слушателей системы повышения квалификации, научных работников.

Экстремальные условия деятельности и высокая напряженность труда при чрезвычайных ситуациях способствуют развитию устойчивого утомления у операторов МЧС. Целью данной работы было выявление субъективных критериев и объективных электроэнцефалографических паттернов, указывающих на развитие критического уровня утомления у сотрудников МЧС с различной успешностью операторской деятельности. В исследовании участвовали 252 здоровых добровольца (мужчины и женщины) из операторского состава МЧС и диспетчерского состава Государственной противопожарной службы МЧС в возрасте 24–47 лет. Субъективная оценка утомления выполнялась с помощью русскоязычных версий шкалы измерения усталости FAS и шкалы индивидуальной выраженности усталости CIS8, объективная – по результатам сенсомоторного слежения с использованием программы «Smile» и регистрации биоэлектрической активности головного мозга. По данным обеих шкал были выделены две полярные группы по 50 человек с наличием и отсутствием утомления. По показателям сенсомоторного слежения у операторов с наличием утомления наблюдалось статистически значимое снижение эффективности операторской деятельности, наиболее выраженное при выполнении заданий максимальной сложности. Анализ фоновой электроэнцефалограммы выявил статистически значимое уменьшение мощности альфа-ритма и повышение мощности тета-ритма у операторов с наличием утомления, также у лиц данной группы установлено преимущественное усвоение низких частот при фотостимуляции. Обнаружены взаимосвязи качества операторской деятельности и параметров биоэлектрической активности коры головного мозга в выделенных группах. Показатели биоэлектрической активности коррелировали со степенью утомления, установленной по субъективным характеристикам, и могут использоваться в дальнейшем в качестве параметров управления при реализации программ коррекции функционального состояния операторов с помощью принципов биологической обратной связи.

Все физиологические функции организма так или иначе связаны с размерами тела, но при этом часть из них меняется в онтогенезе пропорционально изменениям массы. Показатели физического развития новорожденного ребенка достаточно вариабельны. Например, вариабельность показателей массы тела обусловлена целым рядом причин: физиологическая убыль массы тела в раннем и прибавка в массе тела и росте в позднем неонатальном периоде. В настоящее время для количественной оценки физического развития человека используют специально разработанные стандарты - центильные таблицы, которые представляют собой результаты антропометрического обследования больших групп населения. Учитывая, что процессы роста и развития подвержены воздействию различных внешних факторов, данные стандарты требуют регулярного обновления. Таким образом, в возрастной физиологии и педиатрии возникает необходимость изучения антропометрических показателей на различных этапах онтогенеза и особое значение приобретают новые индивидуально-типологические подходы. Методологической основой данной работы явилась концепция типологической вариабельности физиологической индивидуальности (Колпаков В.В. и соавторы). Лонгитудинальные исследования доказали, что уровень привычной двигательной активности является стабильным индивидуальным признаком у лиц мужского и женского пола на различных этапах онтогенеза: в дошкольном, младшем школьном, юношеском, зрелом и пожилом возрасте. В настоящей работе концепция В.В. Колпакова применена для изучения спонтанной двигательной активности и установления индивидуально-типологических особенностей антропометрических показателей у новорожденных г. Тюмень (n = 137). Проведенное исследование подтвердило, что физическое развитие новорожденных напрямую коррелирует с уровнем их спонтанной двигательной активности, поэтому данный индивидуально-типологический признак необходимо учитывать при оценке антропометрических показателей у ново- рожденных детей.

Проведен анализ литературных и собственных данных по исследованию механизмов физиологического действия озона на организм. При введении данного газа наблюдается активация метаболизма, улучшаются кровообращение и доставка кислорода в ишемизированные ткани. Озон способен сдвигать окислительно-восстановительное равновесие метаболических систем и вызывать компенсаторную мобилизацию эндогенных антиоксидантов из депо, активизировать ферментативное звено антирадикальной защиты; данные эффекты направлены на стабилизацию динамического равновесия между свободнорадикальным окислением липидов и антиокислительными процессами организма. Рассмотрено влияние данного физического фактора на кислородтранспортную функцию крови. Озон изменяет функциональные свойства гемоглобина – в частности, через путь «сероводород–цистеин–цистин» и NO-ергические механизмы. Уве- личение концентрации монооксида азота в крови связано с способностью озона активировать факторы, облегчающие экспрессию NO-синтазы. Взаимодействие монооксида азота и сероводорода может влиять на модификацию сродства гемоглобина к кислороду через образование различных дериватов гемоглобина, модулирование внутриэритроцитарной системы формирования кислородсвязывающих свойств крови, а также через системные механизмы формирования функциональных свойств гемоглобина. Эффект озона проявляется в увеличении содержания таких газотрансмиттеров, как монооксид азота и сероводород, что влияет на модификацию кислородсвязывающих свойств крови. Противогипоксическое действие данного газа реализуется при участии внутриэритроцитарных газотрансмиттерных механизмов, что обосновывает возможность его применения во врачебной практике. Установленные закономерности конкретизируют эффекты озона и могут быть использованы в качестве теоретической основы для разработки новых способов улучшения адаптационных возможностей организма при гипоксии.

Интенсивная физическая нагрузка, способствующая включению адаптивных механизмов организма человека или животного, может быть функционально неадекватной по отношению к клеточному звену иммунитета. Ключевым звеном в оценке адаптивного иммунного ответа является определение характера перераспределения субпопуляционного состава клеток белой крови, морфологическая изменчивость которых при функционировании в новых условиях среды изучена недостаточно. Поэтому цель данной работы состояла в исследовании клеточного состава белой крови крыс в тесте плавания «до отказа» для определения оптимального уровня действия мышечных нагрузок разной интенсивности. Изучена динамика клеточного состава белой крови крыс-самцов Wistar в покое и при физической нагрузке разной интенсивности (сидение в воде, свободное плавание и плавание с грузом). Отмечено снижение количества больших лимфоцитов, повышение числа малых и микролимфоцитов у крыс, сидящих в воде, увеличение количества больших и уменьшение числа малых лимфоцитов у крыс при плавании с грузом, составляющим 8 % от массы тела, по сравнению с интактной группой. По мере повышения интенсивности нагрузки в крови животных выявлено увеличение числа юных и палочкоядерных нейтрофилов, а изменение количества теней Гумпрехта соответствовало динамике соотношения клеток лимфоидного и миелоидного происхождения. Практическое значение выполненного исследования связано с поиском оптимального воздействия физических нагрузок на организм животных. На основе полученных данных сделано заключение об отсутствии проявления стресс-реакции у крыс в условиях свободного плавания и плавания с грузом, составляющим 8 % от массы тела, что может быть использовано для оценки адекватности иммунного ответа в условиях физической нагрузки у животных.

В монографии представлены материалы исследований функций кардиореспираторной системы у детей школьного возраста, проживающих в циркумполярном регионе. В результате комплексного и синхронного изучения кардиогемодинамики, периферического кровотока и микроциркуляции установлено, что общебиологические закономерности развития кровообращения у школьников, родившихся и проживающих в условиях Европейского Севера, имеют свои особенности, которые можно рассматривать как проявление экологической адаптированности. Выявлены объективные признаки функциональной приспособительной перестройки органов дыхания у школьников, уроженцев Европейского Севера России, заключающиеся в напряженном функционировании системы внешнего дыхания в покое при меньших предельных и резервных способностях в сочетании со снижением экономичности газообмена в легких.

В монографии представлены материалы исследований функций кардио-респираторной системы у детей школьного возраста, проживающих в циркумполярном регионе. В результате комплексного и синхронного изучения кардиогемодинамики, периферического кровотока и микроциркуляции установлено, что общебиологические закономерности развития кровообращения у школьников, родившихся и проживающих в условиях Европейского Севера, имеют свои особенности, которые можно рассматривать как проявление экологической адаптированности. Выявлены объективные признаки функциональной приспособительной перестройки органов дыхания у школьников, уроженцев Европейского Севера России, заключающиеся в напряженном функционировании системы внешнего дыхания в покое при меньших предельных и резервных способностях в сочетании со снижением экономичности газообмена в легких.

Поддержание сперматогенеза млекопитающих зависит от наличия сперматогониальных стволовых клеток. Повреждения данных клеток, вызванные химическими или физическими воздействиями на организм, различными заболеваниями или генетической предрасположенностью, могут возникать в любом возрасте. Бесплодие, как один из побочных эффектов лечения онкологических заболеваний, является важной проблемой для пациентов и их семей. Поскольку криоконсервация спермы применима только для постпубертатных пациентов, необходима альтернатива сохранения фертильности пациентов молодого возраста, когда сперматогенез еще не начался. Одним из наиболее вероятных способов решения данной проблемы может быть криоконсервация сперматогониальных стволовых клеток. В статье проанализированы различные технологии криоконсервации, рассмотрены последние достижения в области репродуктивной медицины, открывшие новые возможности для восстановления фертильности человека. Находятся на экспериментальной стадии изучения такие методы, как криоконсервация ткани яичек, трансплантация сперматогониальных стволовых клеток, графтинг ткани яичка. Их эффективность во многом зависит от количества доступных, сохраненных сперматогониальных стволовых клеток, что доказано многочисленными исследованиями на моделях-животных. Достигнуты значительные успехи по поддержанию сперматогониальных стволовых клеток in vitro, выделенных из тестикул приматов, с последующей аутотрансплантацией. Метод криоконсервации, успешно применяемый для сохранения тестикулярной ткани и суспензии тестикулярных клеток животных, перспективен в отношении тканей гонад и сперматогониальных стволовых клеток человека и, тем самым, является возможным способом сохранения его естественной фертильности. Однако на сегодняшний день данные репродуктивные технологии все еще находятся на стадии исследований, и их совершенствование в ближайшем будущем будет содействовать дальнейшему пониманию механизма сперматогенеза и его патогенеза, что может привести к положительным результатам как в лечении мужского бесплодия (особенно наиболее сложных форм), так и в его профилактике.

В статье представлены различные подходы отечественных и зарубежных авторов к систематизации симптоматики синдрома дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) у детей. Комбинированный характер причин и механизмов формирования данного синдрома обуславливает различия в нейро- и патопсихологических квалификационных подходах к его описанию. Отмечается, что симптомокомплекс СДВГ, объединенный по феноменологическому принципу, не имеет надежных диагностических маркеров и четко определенных границ. Диагноз ставится с учетом качественных характеристик, которые носят описательный характер и базируются на наличии ряда стандартных поведенческих стереотипов. Диагностика СДВГ осложняется и тем обстоятельством, что данный синдром редко встречается изолированно и обыкновенно сочетается хотя бы с одним сопутствующим расстройством. Однако все исследователи отмечают очевидность специфики наблюдаемой клинической и патопсихологической симптоматики при СДВГ, в основе которой лежит первичная дисфункция регуляторной сферы, а триада «дефицит внимания – импульсивность – гиперактивность» имеет явные признаки дисрегуляторно-органического патопсихологического синдрома. Диагностика СДВГ сегодня осуществляется по двум системам: критериям диагностического руководства DSM-V и критериям МКБ-10 (рубрика F.90). При этом многие иссле дователи отмечают, что принятые способы диагностики синдрома гиперактивности и дефицита внимания вызывают повышенную настороженность, особенно на фоне того, что за 15 лет число детей и подростков с диагнозом СДВГ значительно возросло, как и объем затрат на их лечение с помощью психостимулято ров, гипердиагностика СДВГ составляет до 20 % случаев. Таким образом, исследования, направленные на изучение и обоснование нейрофизиологических и психофизиологических характеристик клинических проявлений СДВГ у детей, являются крайне актуальными.

Возрастные закономерности развития сократительных и, особенно, релаксационных функций нервно-мышечной системы остались малоизученными. В исследовании приняли участие мальчики в возрасте от 6 до 16 лет (занимающиеся и не занимающиеся спортом).

В учебном пособии в простой и доступной форме изложены современные представления о структуре и механизмах функционирования основных систем организма человека. Рекомендовано для применения в учебном процессе студентами медицинских специальностей, а также других биологических направлений.