Научная школа «Возрастная физиология сердца»

Ф.Г.Ситдиков

НАУЧНАЯ ШКОЛА "ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА”

В Татарском государственном гуманитарно-педагогическом университете сложилась научная школа по возрастной физиологии, которая является частью всемирно известной Казанской физиологической школы. Как у любой научной школы основными ее показателями являются преемственность тематики научных исследований, связь с практикой, прежде всего, организацией учебного процесса и режима в вузе и школе, подготовка научной смены.

Организатором физиологических исследований в КГПУ был доктор биологических наук профессор, заслуженный деятель науки РТ Осман Джа-малетдинович Курмаев (1903-1981 гг.).

О.Д.Курмаев в 1938 году защитил одним из первых выпускников КГПИ кандидатскую диссертацию по физиологии, она была посвящена изучению влияния постоянного тока на сердце. О.Д.Курмаев установил, что катодиза-ция сердца ослабляет тормозящее действие блуждающего нерва, а анодиза-ция - усиливает его. На сердцах холоднокровных, изолированных полосках его были получены новые данные о том, что катод постоянного тока действует подобно симпатическому нерву, а анод - подобно блуждающему (О.Д.Курмаев, И.Ш.Макалеев, 1963).

В годы Великой Отечественной войны О.Д.Курмаев переключился на тематику оборонного значения - лечения травматического шока.

Докторскую диссертацию О.Д.Курмаев защитил в 1950 году. Это была первая докторская диссертация по специальности "физиология", защищенная выпускником педагогического института, и вторая среди лиц татарской национальности. Автором первой был профессор КГУ И.Г.Валидов.

В этом же 1950 году в КГПИ была организована кафедра анатомии и физиологии человека и животных, и первым ее заведующим стал О.Д.Курмаев.

Докторская диссертация О.Д.Курмаева была посвящена изучению механизмов влияния экстракардиальных нервов на сердце теплокровных животных (собак). Он изучил роль мозгового слоя надпочечников и островковой ткани поджелудочной железы в осуществлении регуляторных влияний экст-ракардиальных нервов.

Самая большая память о профессоре О.Д.Курмаеве - это его ученики -доктора и кандидаты наук, которые вели и ведут научно-педагогическую деятельность во многих вузах Республики Татарстан. О.Д.Курмаев заведовал кафедрой до 1974 г. и передал руководство профессору Ф.Г.Ситдикову.

Для физиологической школы нашего университета приоритетным направлением была и остается подготовка научной смены. Аспирантура при кафедре анатомии и физиологии человека и животных была открыта в 1962 году, аспирантами профессора О.Д.Курмаева были Р.Ш.Габдрахманов, Ф.Г.Ситдиков, Р.А.Абзалов, А.С.Чинкин, Э.И.Аухадеев, позже доктора биологических наук, профессора. С 1966 года была открыта и докторантура, что позволило успешно завершить докторские диссертации Р.Г.Биктемировой, Т.Л.Зефирову, Р.Р.Нигматуллиной, Ю.С.Ванюшину, И.Х.Вахитову. За эти годы были подготовлены девять докторов наук, более 80 кандидатов наук, 30 из них ведут научно-исследовательскую и педагогическую работу в Татарском

государственном гуманитарно-педагогическом университете, остальные - в вузах г.Казани, Москвы, Астрахани, Саратова, Чебоксар, Бирска, Стерли-тамака, Майкопа, Наб .Челнов и т.д.

Аспирантура, докторантура, диссертационный совет по защите докторских и кандидатских диссертаций по специальности "физиология" - это признание научной школы. Кроме того, физиологи ТГГПУ представлены в диссертационных советах Казанского медицинского университета, университетов Чебоксар и Ульяновска (Р.А.Абзалов, Т.Л.Зефиров, Ю.С.Ванюшин, Ф.Г.Ситдиков), а также в экспертном совете ВАК по биологическим наукам (Ф.Г.Ситдиков).

Диссертационный совет по специальности 03.00.13 - физиология был открыт в 1989 г., докторским стал в 2001 году (председатель совета профессор Ф.Г.Ситдиков, зам.председателя - профессор Р.А.Абзалов, ученый секретарь - профессор Т.Л.Зефиров). На совете аттестовано более 130 соискателей ученой степени доктора или кандидата наук из ТГГПУ, вузов Казани, Наб.Челнов, Бирска, Чебоксар, Ульяновска и т.д.

Следующий признак научной школы - организация регулярных научных встреч. На базе ТГГПУ состоялись семь Всероссийских симпозиумов "Растущий организм: адаптация к учебной и физической нагрузке", а также всероссийские научно-практические конференции, посвященные юбилейным датам видных физиологов (О.Д.Курмаев, Р.А.Абзалов). В этих научных встречах участвовали известные специалисты России по физиологии сердечно-сосудистой системы, по возрастной физиологии из Москвы, Челябинска, Екатеринбурга, Чебоксар, Ульяновска и др.

Основные результаты исследований физиологов публикуются в переводимых за рубежом центральных реферируемых журналах "Бюллетень экспериментальной биологии и медицины", "Физиология человека", "Физиологический журнал России" и др. Они обобщены в монографиях Р.А.Абзалова и Ф.Г.Ситдикова "Развивающееся сердце и двигательный режим", Р.А.Абза-лова "Насосная функция сердца", Ю.С.Ванюшина и Ф.Г.Ситдикова "Компенсаторно-адаптационные реакции кардиореспираторной системы".

Научная школа должна быть связана с практикой. Эта связь осуществляется, прежде всего, в совершенствовании содержания таких дисциплин, как возрастная физиология, общая физиология, физиология физических упражнений, теория физического воспитания. С этой целью физиологами проведены исследования влияния новых технологий обучения на детский организм, подготовлено около 30 учебных пособий, которые рекомендованы для учебного процесса в вузе и школе. В их числе: "Избранные главы возрастной физиологии", "Занимательная физиология", "Изучаем физиологию", "Основы здоровья", "Теория физической культуры", "Физиология физических упражнений и спорта", "Толковый словарь биологических терминов", курс лекций "Возрастная анатомия, физиология и гигиена человека", "Основы медицинских знаний" (издано под грифом УМО Минобрнауки РФ), "Лекции по возрастной физиологии сердца" и др.

Методологической и общетеоретической основой исследований служат такие физиологические теории и концепции, как нервизм, медиаторная теория, теория местных рефлексов, функций в онтогенезе, гетерохронность их созревания, взаимокомпенсаторное взаимодействие регулирующих факторов, принцип биологической надежности, комплексный подход в выборе методов исследования и др.

Успеху научных исследований способствуют оборудованные на современном уровне лаборатории при кафедре физиологии, на факультете физической культуры, в школах №14З, З9, виварий.

Физиологами университета получены новые данные о становлении функций сердца и его регуляции в онтогенезе на объектах разного уровня биологической организации (крысы, собаки, человек) на целостном организме, изолированных органах, полосках миокарда, на уровне типов и подтипов адрено-, холино-, пуринорецепторов и оксида азота.

Изучалась реактивность нервных структур сонного синуса после одиночного воздействия гравитационных перегрузок на организм кошки (Н. А.Бакеева).

Исследованиями на животных показана гетерохронность становления регуляторных механизмов сердца (Ф.Г.Ситдиков). Установлено, что в ранние этапы постнатального онтогенеза преобладают влияния симпатического отдела нервной системы, что, по-видимому, имеет биологическое значение для адаптации к новым условиям существования. В ранние возрастные периоды у собак преобладают влияния вегетативных нервов на частоту сердцебиений (ЧСС), позже развиваются регуляторные влияния на сократительный миокард. Вероятно, это особенность мелких животных с высокой ЧСС, где при срочной адаптации стабильный минутный объем кровообращения поддерживается не за счет увеличения ЧСС, а ударного объема. Получены данные о тонической активности парасимпатических и симпатических центров, иннервирующих сердце (И.И.Тахтарева, Ф.Г.Ситдиков, Л.А.Александрова, Т.Л.Зефиров и др.) собак и крыс в онтогенезе. Выявлено, что тонус вазомоторного центра существует, однако при глубоком наркозе он может быть не обнаружен.

Исследования показали, что механизмы снижения частоты сердечных сокращений в онтогенезе различны. Собственная частота сердечных сердцебиений, регистрируемая после выключения экстракардиальных влияний, детерминирована генетическими факторами. Снижение исходной частоты сердечных сокращений в онтогенезе обуславливается увеличением реактивности сердца к холинэргическим и уменьшением к адренергическим воздействиям.

В работах (Т.Л.Зефиров и др.) убедительно показана многофазность динамики ЧСС у крыс в постнатальном онтогенезе. Установлено, что максимальные значения ЧСС наблюдают у этих животных в конце молочного периода развития и в пубертатный период. Изучены особенности регуляторных механизмов в данные периоды, динамика реактивности рецепторного аппарата сердца крыс в эксперименте с блокадой а- и ß-АР разных подтипов. Выявлено моделирующее влияние отделов вегетативной нервной системы на активность ионных каналов, активизируемых при гиперполяризации.

Предметом изучения стала реакция сердца растущих животных (крыс) на ваготомию, стимуляцию блуждающего, симпатического нервов при различных экспериментальных воздействиях (Р.Р.Миннахметов, Г.А.Билалова, А.Р.Гиззатуллин). Установлено, что односторонняя ваготомия у крысят молочного периода развития не вызывает повышения УОК и ЧСС, а десимпати-зация приводит к повышенной чувствительности сердца к стимуляции блуждающих нервов.

Получены новые данные о таком физиологическом феномене, как бра-дикардия тренированности. Этот феномен обнаруживается в тренированном организме людей и животных и считается показателем высокого функционального состояния сердца. Исходя из наших данных о взаимокомпенсации влияний экстракардиальных нервов, механизм брадикардии изучался в натуральных условиях (А.С.Чинкин, Р.А.Абзалов, И.А.Жданов и др.). Установлено, что брадикардия тренированности обусловлена не абсолютным повышением тонуса блуждающих нервов, а лишь относительным преобладанием его вследствие снижения тонуса симпатических нервов.

Классические исследования по выявлению характера экстракардиаль-ной регуляции проводились в основном при кратковременной стимуляции симпатических или парасимпатических нервов. Симпатическая регуляция вообще изучена меньше из-за трудностей методического характера.

В нашей лаборатории проведены исследования с длительной (до трех часов) непрерывной стимуляцией блуждающего (Л.Г.Амиров) и симпатических нервов (Ф.Г.Ситдиков) (феномен "ускользания" сердца или "Vagus escape" и адаптации к симпатическим воздействиям). Эти эксперименты показали, что восстановление сердечной деятельности при продолжающемся воздействии зависит от интактности парасимпатической иннервации и наоборот, что также подтверждает взаимокомпенсаторный принцип. Подобные взаимоотношения регуляторных факторов для сердца являются адаптивными и защищают его от перегрузок. При выполнении предельных физических нагрузок, как показали наши исследования по определению концентрации катехоламинов, ацетилхолина, активности холинэстераз в крови и миокарде, этот принцип наблюдается лишь у тренированных животных.

Представляются весьма перспективными исследования по взаимоотношению, взаимодействию симпатического и парасимпатического отделов экстракардиальной нервной системы. Имеющиеся данные в основном получены в условиях эксперимента, часто под наркозом, и в состоянии покоя. В естественных условиях существования, особенно при выполнении физической нагрузки, эти взаимодействия взаимокомпенсаторные. Парасимпатический отдел играет "запускающую роль при выполнении физических нагрузок", а затем подключается симпатический отдел нервной системы.

После выполнения физических нагрузок у собак и крыс выявляли в сердце содержание АХ и НА (А.Г.Мустафин, С.С.Чинкин). Это воздействие вызвало увеличение содержания и НА и АХ. Это также подтверждает одновременное компенсаторное возбуждение парасимпатического отдела нервной системы сердца. В пубертатный период эти взаимоотношения у крыс в дан-

ную схему не укладываются; в ответ на физическую нагрузку накопление НА в миокарде сопровождается даже снижением концентрации АХ, т.е. этот механизм проявляется не во всех возрастных группах. При предельной плавательной нагрузке в сердце крыс наблюдалось снижение АХ, т.е. нарушение принципа взаимокомпенсации (Р.А.Абзалов).

Взаимокомпенсация определяется и во взаимоотношениях симпатических медиаторов, поэтому особый интерес представляет их одновременное изучение, особенно в растущем организме. В литературе подобных сведений, особенно касающихся ранних периодов онтогенеза, пубертатного периода, очень мало. Поэтому мы проводили анализ состояния системы АХ-ХЭ, содержания НА в миокарде, адрено- и холиночувствительности и реактивности сердца в онтогенезе (Ф.Г.Ситдиков, Р.А.Абзалов, Т.А.Аникина, Р.И.Гильмут-динова и др.).

В последние годы представления о регуляции деятельности сердца значительно расширились в связи с открытием множества взаимодействующих на разных уровнях гуморально-медиаторных механизмов, например, пептидов. В связи с этим начато изучение влияния лей-энкефалина на симпатическую регуляцию сердечной деятельности, который считается медиатором.

Получены новые данные об участии АТФ в регуляции деятельности сердца (Т.А.Аникина, Г.А.Билалова, Е.Ю.Хамзина). Внутривенное введение АТФ 10-4М 21, 56 и 100-суточным крысам вызывает положительную хроно-тропную реакцию сердца без заметного изменения ударного объема крови. Этот эффект был обусловлен активацией пуриновых рецепторов Р2-типа, а не действием продуктов гидролиза АТФ, так как введение агониста Р1-рецепто-ров аденозина было неэффективным. Определение зависимости доза-эффект показало, что альфа, бета-метилен-АТФ в концентрации 10-7М вызывает увеличение ЧСС у 21-суточных крысят, что указывает на высокую чувствительность Р2-пуринорецепторов. Блокада бета адренорецепторов и М-холи-норецепторов не меняла положительного хронотропного эффекта АТФ, свидетельствуя о том, что этот эффект не опосредован симпатическими или парасимпатическими нервами. На фоне действия атропина АТФ вызывает четырехкратное увеличение вариабельности сердечного ритма, характерное для активации симпатического канала регуляции. Введение АТФ и альфа, бета-метилен-АТФ на фоне неселективного блокатора пуринорецепторов сура-мина у крыс всех возрастов не вызывало увеличение ЧСС. Инфузия АТФ и его стойкого аналога на фоне селективного блокатора Р2У-рецепторов реактива голубого-2 приводит к увеличению ЧСС у крыс всех возрастных групп, что указывает на активацию Р2Х рецепторов сердца.

Эффективным методом обнаружения и количественного определения оксида азота (N0) в биологических тканях стал метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Измерения интенсивности линий мононитрозиль-ных комплексов негемового железа у десимпатизированных крыс показали заметное увеличение продукции N0 в печени по сравнению с интактными. Для почек и миокарда сердца этот эффект был менее выражен. Это, воз-

можно, связано с увеличением содержания катехоловых аминов в крови, которое наблюдается при десимпатизации (Х. Л.Гайнутдинов, Ф.К.Каримов).

Второе направление научных исследований кафедры - изучение возрастных особенностей, показателей адаптации к умственной и физической нагрузке организма детей дошкольного и школьного возраста в зависимости от режима обучения, экологического состояния среды и т.д.

По данной проблеме первые исследования были начаты в 60-е годы доцентами Н.И.Домрачевой, Э.Н.Толпегиной. В дальнейшем были созданы научные лаборатории в школах Казани, Наб.Челнов, Нижнекамска, Бирска, где выполнили диссертационные работы С.И.Русинова, А.В.Крылова, Г.Х.Самигуллин, Л.Г.Ковтун, О.К.Побежимова, М.Г.Садреева, В.А.Арсланов, В.А.Ко-пылова, Н.Б.Дикопольская, А.Т.Исхакова, М.В.Шайхелисламова, А.А.Псеунок, Н.В.Исмагилова, В.Н.Ильясова, И.Ш.Мутаева, А.В.Смирнова, О.В.Григорьева.

Выполнены оригинальные исследования по вестибуловегетативной устойчивости школьников (Л.Н.Винихина). Изучены сердечный ритм, дыхательный цикл при вращательной пробе. Полученные кривые имеют прогностическое значение в определении вестибулярной устойчивости. В Набережных Челнах проведены исследования об изменениях центральной гемодинамики детей с патологией слуха и слабым зрением (Ф.Р.Зотова, А.Р.Мухутдинова).

Получены весьма оригинальные данные о сдвигах концентрации КА детей школьного возраста в процессе адаптации к учебной нагрузке и по стадиям половой зрелости. Выявлены особенности адаптивных реакций организма детей школьного возраста в зависимости от стадий половой зрелости. У подростков раннепубертатного периода адаптация сердечно-сосудистой системы осуществлялась в основном за счет хронотропного эффекта, а симпато-адре-наловой системы - за счет большей активности гормонального звена. В период интенсивного полового созревания в адаптивных реакциях ССС возрастает роль инотропного компонента, в реакциях САС - медиаторного звена.

Выполнен цикл работ по изучению функционального состояния детского организма обучающихся в условиях разного режима, в течение года, недели и т.д. (О.К.Побежимова, О.В.Григорьева, А.В.Смирнова, Р.Г.Муста-фина, И.Ш.Макалеев, В.Н.Ильясова, С.И.Русинова, Г.А.Назипова и др.). Эти исследования дают богатый сравнительный справочный материал и, главное, позволяют вносить коррективы в режим образовательных учреждений.

Состояние окружающей среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, непосредственно влияющей на состояние здоровья населения. Так как вопрос компенсаторной адаптации и развития неспецифической сопротивляемости организма детей в ответ на хроническое воздействие выбросов в атмосферном воздухе мало изучен, кафедра анатомии, физиологии и охраны здоровья человека определила новое направление научно-исследовательской работы - изучение функционального состояния школьников при разных экологических режимах (Р.Г.Биктемирова, Г.А.Пав-лова). Раньше была установлена корреляционная связь между количественнокачественным составом загрязнений окружающей среды и распространенностью, структурой нефрологической патологии в г.Казани.

Исследования физического развития детей, проживающих в различных районах г.Казани, показали, что уровень физического развития детей ниже в районе расположения АО "Казаньоргсинтез", а процент детей с дисгармоничным развитием достоверно выше. По результатам функциональной пробы с нагрузкой отмечен также низкий уровень физической работоспособности у детей, проживающих в указанном районе. Использование комплекса показателей, характеризующих состояние систем регуляции сердечного ритма и вегетативной нервной системы, позволяет оценить характер адаптации детского организма к конкретным условиям проживания (Р.Г.Биктемирова, Г.А.Павлова).

Далее эти исследования были расширены в условиях г.Нижнекамска с использованием таких новых методов, как определение микроциркуляции и уровня перекисного окисления липидов в зависимости от экологических условий проживания младших школьников (Р.Г.Биктемирова, А.Р.Мухамедиева).

Одна из проблем современной школы - это различные формы нарушения осанки учащейся молодежи. Новая классификация нарушений осанки, методы и приборы для коррекции осанки, разработанные В. А. Арслановым, находят широкое применение в дальнейших исследованиях.

О.Д.Курмаев был также основоположником нового направления исследований в казанской физиологической школе - физиологии физических упражнений. Докторские диссертации Р.А.Абзалова, А.С.Чинкина, Р.Р.Нигма-туллиной, Ю.С.Ванюшина, И.Х.Вахитова посвящены познанию механизмов регуляции насосной функции сердца и других функций при мышечной деятельности.

Телеметрической регистрацией электрокардиограммы у пловцов (Р.К.Зайнутдинов), конькобежцев (З.Н.Усманов), у детей (Р.А.Абзалов) изучались функциональные особенности сердца растущего организма.

В исследованиях профессора Р.А.Абзалова и его учеников было установлено, что в условиях систематических мышечных тренировок влияние экс-тракардинальных механизмов регуляции на инотропную функцию сердца и ударный объем крови уменьшается, а на ЧСС, наоборот, возрастает ("Насосная функция сердца развивающегося организма и двигательный режим", 2005).

В исследованиях аспирантов Р.Р.Нигматуллина (1991), Р.И.Гильмутдиновой (1991), И.Х.Вахитова (1993), А.И.Зиятдиновой (1994), Н.В.Васенкова (1995), Э.Ш.Миннибаева (1996), И.Г.Хурамшина (1998), Н.И.Абзалова (2002), О.А.Тихоновой (2003), А.А.Мисбахова (2005) на животных были изучены механизмы регуляции насосной функции сердца развивающегося организма в условиях воздействия различных двигательных режимов от гипокенезии до мышечных тренировок в рамках представленной нами классификация двигательной активности (Р.А.Абзалов, 1985).

В работе Р.Р.Нигматуллиной сначала в рамках кандидатской диссертации, а затем уже в качестве исследований на ученую степень доктора наук впервые проведен качественный анализ реографических показателей с вычислением различных индексов, что расширяет возможности данной методики исследований. Так, были рассмотрены возрастные диапазоны исследуемых животных до 100 дней. Был проведен корреляционный анализ гемоток-

рита и удельного сопротивления крови, одного из составляющих в формуле расчета УОК.

Аспиранты Р.И.Гильмутдинова, А.И.Зиятдинова определяли пороги чувствительности рецепторных образований сердца, т.е. адренергических и холинергических рецепторов у животных разного возраста в условиях воздействия на их организм различных режимов двигательной активности. По сути дела, эти исследования являются ориентировочными для исследования механизмов регуляции насосной функции сердца, чем подчеркивается их научная значимость.

Аспирант И.Х.Вахитов в своих исследованиях впервые проводил мышечные тренировки и гипокинезию организма животных, начиная с 14-дневного возраста, с тем условием, чтобы создать возможности для резкого изменения режимов двигательной активности.

Аспирант Н.В.Васенков исследовал насосную функцию сердца развивающихся крысят, подверженных резкоусиленному двигательному режиму. При резком усилении тренировочных нагрузок развитие брадикардии тренированности и рост показателей УОК резко замедляются, и влияние на них симпатического регуляторного влияния сохраняется на повышенном уровне.

В работе аспиранта Э.Ш.Миннибаева была показана значительная роль а1-адренорецепторов в регуляции ударного объема крови на фоне блокады Р-адренорецепторов.

Аспирант И. Г. Хурамшин изучал концентрацию ацетилхолина и холи-нэстеразную активность крови и сердечной ткани крысят, подверженных различным режимам двигательной активности после выполнения физических нагрузок различной мощности.

Работа аспиранта Н.И.Абзалова посвящена особенностям регуляции ЧСС и УОК после полной блокады адренергических и холинергических рецепторов сердца. При полной блокаде экстракардиальных регуляторных влияний ЧСС у всех животных независимо от возраста и подверженности тренировочному режиму устанавливается на одинаковом уровне. В то же время показатели УОК после полной блокады адренорецепторов и холиноре-цепторов как в процессе роста, так и после адаптации к мышечным тренировкам, повышаются.

Работы аспирантов Р.Р.Абзалова, Л.Т.Фахрисламовой, Р.С.Сафина, О.В.Илюшина посвящены изучению показателей насосной функции сердца спотсменов в зависимости от возраста и спортивной подготовленности. Было установлено, что скоростно-силовые тренировки в меньшей степени способствуют развитию брадикардии тренированности и ударного объема крови, тогда как виды спорта, направленные на развитие выносливости, ведут к усиленному развитию брадикардии тренированности и УОК.

В работах Г.В.Цыганова, аспиранта Т.Г.Кирилловой изучались особенности насосной функции сердца первоклассников. В течение первого года обучения темп урежения ЧСС, а также увеличения УОК резко снижается, главным образом из-за уменьшения двигательной активности. При стимули-

ровании двигательной активности исследователям удалось преодолеть кризис в развитии насосной функции сердца у детей начальных классов.

Таким образом, данная научная школа по кадровому потенцалу, оснащенности современным оборудованием является одной из ведущих в Российской Федерации. Наличие докторантуры и аспирантуры, совета по защите докторских и кандидатских диссертаций по специальности 03.00.13 - физиология, многочисленные публикации в центральных журналах есть признание достижений физиологов ТГГПУ.