Выявление причинно-следственных связей между влиянием факторов среды обитания и здоровьем населения, разработка информативных критериев оценки функциональных резервов организма на преморбидной стадии являются чрезвычайно актуальными проблемами гигиенической науки и клинической практики [1-4]. При этом вполне аргументирована необходимость совершенствовать методологию оценки адаптационных резервов организма, позволяющих определить доклинические изменения состояния органов и систем для своевременного и эффективного проведения целенаправленных профилактических мероприятий, дифференцированных с учетом отклонений в системах гомеостаза при воздействии негативных факторов. Актуальна также разработка единых критериев и методов количественной оценки наиболее ранних и неспецифических биохимических изменений со стороны систем, ответственных за процессы адаптации.

Для решения проблемы осуществлен поиск методического подхода к количественной оценке функционального потенциала организма с использованием обобщенных интегральных показателей (на основе взаимосвязи комплекса биомаркеров).

Научной предпосылкой исследования послужили данные литературы, свидетельствующие о том, что приспособление к новым, в том числе экстремальным условиям достигается за счет затрат функциональных резервов организма и так называемой «биосоциальной платы» [5, 6].

Основу разработки составил методический подход И.Б. Ушакова и соавт. (2004) к оценке адаптационного потенциала организма по уровню и коэффициенту реакций со стороны периферической крови. Метод включает углубленный статистический анализ изменений гематологических показателей у лабораторных животных при нагрузочной пробе (введении разных доз адреналина, гипоксии и гипертермии) с последующей формализацией данных в виде коэффициента реакций. На основании выявленных закономерностей разработана характеристика состояния организма человека по адаптационным показателям (уровню и коэффициенту реакций) [7, 8].

Дополняет разработку включение метода корреляционной адаптометрии, предложенного К.Р.  Седовым и А.Н. Горбань (1988), который позволяет оценить напряжение функциональных систем при адаптационных нагрузках по степени взаимосвязи показателей липидного обмена. Показано, что наибольшую информацию о степени адаптированности популяции к экстремальным или просто изменившимся условиям несут корреляции между физиологическими параметрами. При увеличении адаптационной нагрузки уровень корреляций повышается, а в результате успешной адаптации - снижается. Использование метода корреляционной адаптометрии позволяет выявить особенности процесса формирования изменений функционального резерва организма, количественно оценить степень здоровья разных контингентов и заблаговременно спрогнозировать возможные отклонения, связанные с перенапряжением адаптационных механизмов [9, 10].

Метод базируется на определении сопряженности показателей ведущих систем гомеостаза, ответственных за приспособление организма к изменениям внешней среды с использованием комплекса диагностических методов, прежде всего биохимических, а также иммунологических и цитохимических, обладающих высокой информативностью. Оценка сопряженности анализируемых параметров проведена на основе корреляционного анализа с учетом нормальности распределения данных. Устанавливали количество достоверных корреляционных связей в общем числе рассмотренных коэффициентов корреляции и степень выраженности этих связей.

Лабораторные показатели ведущих систем гомеостаза выбраны исходя из анализа данных литературы о воздействии основных производственных факторов на организм человека. Показатели белкового обмена включали концентрацию общего белка, содержание белковых фракций, гликозаминогликанов, фибриногена, D-димеров. Липидный обмен оценивали по уровню холестерина, триглицеридов, холестерина липопротеидов высокой плотности, холестерина липопротеидов низкой плотности и коэффициенту атерогенности. Минеральный обмен определяли по концентрации кальция, фосфора, железа, магния, цинка, меди в сыворотке крови. Обеспеченность организма рабочих витаминами устанавливали по концентрации аскорбиновой кислоты, ретинола, β-каротина и α-токоферола. Антиоксидантный статус и активность перекисного (свободнорадикального) окисления липидов оценивали по содержанию церулоплазмина, активности каталазы, супероксиддисмутазы, уровню малонового диальдегида в сыворотке крови и миелопероксидазы в нейтрофильных лейкоцитах. Для оценки состояния нейрогуморальной регуляции в сыворотке крови обследованных рабочих определяли содержание гормонов (тироксина, тиреотропного гормона, трийодтиронина, кортизола, адренокортикотропного гормона, тестостерона, лютеинизирующего гормона, альдостерона). Иммунологические методы включали оценку состояния клеточного иммунитета путем идентификации и подсчета субпопуляций лимфоцитов, гуморального иммунитета - по уровню сывороточных иммуноглобулинов (IgA, IgM, IgG, IgЕ), циркулирующих иммунных комплексов и цитокинов (интерлейкинов-2, 4, 8, 1β).

Значительный объем лабораторных параметров, отражающих формирование функциональных резервов, обусловил необходимость использования интегральных коэффициентов для обобщенной количественной и качественной оценки степени напряжения регуляторных систем организма обследуемых.

Степень сопряженности показателей оценивали по массе корреляционного графа G, рассчитанного как сумма достоверных коэффициентов корреляции без учета их направленности.

С учетом существенной вариабельности величины корреляционного графа в зависимости от числа изучаемых показателей была разработана методика определения коэффициента сопряженности показателей гомеостаза (К_СПГ), рассчитываемого на основе результатов исследований и позволяющего количественно охарактеризовать функциональные отклонения в разных группах обследуемых.

Сочетание перечисленных методических подходов позволило наиболее полно оценить функциональный потенциал организма работающих по уровню показателей внутренней среды организма.

Следующий этап исследований заключался в практическом применении разработанного методического подхода, определении возможных диапазонов изменения функционального потенциала у работающего населения по значению К_СПГ.

Для определения исходного уровня функционального состояния организма работающих были изучены показатели обменных процессов и их взаимосвязь у подростков контрастных климатогеографических регионов. Необходимость данного исследования обусловлена тем, что функциональное состояние организма взрослого и его резервы формируются на основе функционального потенциала организма подростка. Детское население является наиболее чувствительным контингентом, быстро реагирующим на любые изменения окружающей среды в силу незавершенности процессов роста и развития. Приспособление детского организма и формирование его функциональных резервов происходят в привычной среде обитания [11, 12].

Предложенный подход основан на значительно расширенном объеме определяемых лабораторных параметров и учитывает установленный исходный уровень функционального состояния организма, что позволяет получить более весомую доказательную базу.

Применение метода оценки сопряженности показателей гомеостаза позволило констатировать региональные особенности процесса адаптации у подростков. Анализ сопряженности иммунологических и биохимических показателей, отражающих изучаемые системы неспецифического ответа организма на воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды, показал умеренные корреляционные связи (r от ±0,35 до 0,69) между ними. Несмотря на выявленные изменения клинико-лабораторных показателей изучаемых систем у подростков, проживающих в разных регионах, их функциональный потенциал был достаточно высок и соответствовал оптимальному уровню. При этом вес корреляционного графа G и значение К_СПГ у школьников севера были несколько выше (30,2 и 0,53 соответственно), чем у подростков средней полосы (28,3 и 0,5 соответственно), что характеризует мобилизацию функциональных резервов организма северян к воздействию экстремальных факторов внешней среды.

Следующий этап работы заключался в изучении динамики показателей гомеостаза организма промышленных рабочих, подвергающихся преимущественному воздействию шумовибрационного фактора (горнорудная промышленность) и промышленного аэрозоля (цементное производство).

За 10 лет наблюдений углубленное клинико-лабораторное обследование проведено 886 рабочим горнодобывающих предприятий Крайнего Севера и средней полосы, а также 701 рабочему цементного производства ОАО «Лафарж-цемент» (Воскресенск, Московская область).

Для смысловой оценки и градации степени изменения функционального потенциала работающих с учетом значения К_СПГ проанализирована взаимосвязь данного показателя с коэффициентом диагностической чувствительности (ДЧ). Результаты оценки свидетельствуют о том, что ДЧ изучаемых лабораторных показателей варьировала в широком диапазоне даже внутри одной профессионально-стажевой группы. При расчете среднего показателя ДЧ подтвердилось, что по мере увеличения стажа работающего ДЧ возрастала, т.е. увеличивалась доля лиц с отклонением изучаемых показателей от референтных значений а, следовательно, и степень нарушения гомеостаза организма обследуемых.

Выявлена значимая (почти функциональная) отрицательная корреляционная связь между К_СПГ и ДЧ (r=–0,966-0,981), что позволило, сопоставив динамику данных показателей, ввести градацию и выделить 4 уровня значений К_СПГ, характеризующих состояние функционального потенциала групп обследуемых:

- 1-й уровень - оптимальный: К_СПГ≥0,3 (ДЧ≤20%);

- 2-й уровень - удовлетворительный: 0,2≤К_СПГ<0,3 (20%<ДЧ≤25%);

- 3-й уровень - снижение функционального потенциала: 0,1≤К_СПГ<0,2 (25%≤ДЧ<30%);

- 4-й уровень - истощение функционального потенциала: К_СПГ<0,1 (ДЧ≥30%).

При сравнении динамики изменения коэффициента корреляционной адаптации К_СПГ у рабочих, участвующих в исследовании, в зависимости от стажа был выявлен ряд особенностей. В начале трудовой деятельности (стаж до 1 года; возраст 25,0±0,3 года) уровень функциональных резервов во всех обследованных группах соответствовал оптимальному (К_СПГ=0,44-0,49) и был близок к уровню у подростков 16-17 лет (К_СПГ=0,5-0,53) соответствующих регионов. Так же, как у подростков-северян, значение К_СПГ было выше у рабочих севера (0,49). При увеличении стажа у горнорабочих как Норильского региона, так и средней полосы, отмечено постепенное снижение К_СПГ с оптимального до удовлетворительного уровня функционального потенциала (при стаже до 5 лет - 0,41 и 0,36; при стаже до 10 лет - 0,32 и 0,29 соответственно). Функциональные резервы организма резко снижались у горнорабочих ОАО ГМК «Норильский никель», имеющих стаж 11-15 лет (К_СПГ=0,026), и у горнорабочих ОАО «КМА-руда», имеющих стаж 16-20 лет (К_СПГ=0,029), что соответствует истощению функционального потенциала и, следовательно, отражает нарушение нормального процесса адаптации.

У горнорабочих К_СПГ был приближен к линейной зависимости от стажа работы и снижался с высокой степенью достоверности аппроксимации (R²=0,87-0,94).

У рабочих ОАО «Лафарж-цемент» исходный уровень функционального потенциала соответствовал оптимальному (К_СПГ=0,44). В дальнейшем функциональные резервы организма постепенно снижались, и при стаже более 20 лет К_СПГ достигал 0,092, что сопровождалось разнонаправленными изменениями показателей изучаемых систем и перегруппировкой корреляционных связей между ними. При этом значение К_СПГ уменьшалось равномерно с четкой линейной зависимостью от стажа работы с высокой степенью достоверности аппроксимации (R²=0,99).

Выявление методом оценки сопряженности показателей гомеостаза периодов, характеризующихся наиболее вероятным напряжением резервов функционального потенциала, может служить критерием выделения наиболее уязвимых для организма человека периодов трудовой деятельности в неблагоприятных условиях. Своевременная информация о функциональных перестройках, повлекших за собой истощение адаптационных резервов, необходима для установления сроков проведения эффективных направленных профилактических мероприятий с целью сохранения трудового потенциала рабочих ведущих отраслей промышленности.