Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Метеорологические факторы и их воздействие на организм человека 11
1.2. Гелиогеофизические факторы и их воздействие на организм человека 25
1.3. Климато-географическая характеристика Европейского Севера и вопросы адаптации к высоким широтам 29
Глава 2. Материалы и методы исследования 36
Глава 3. Результаты исследования 40
3.1 Функциональная активность эндокринной системы мужчин г. Архангельска в различные диапазоны температуры и влажности воздуха 40
3.2. Изменения гормонального профиля мужчин г. Архангельска при колебаниях погодных факторов 47
3.2.1 Реактивность эндокринной системы мужчин разных возрастных групп на межсуточные колебания внешней температуры воздуха 47
3.2.2 Реактивность эндокринной системы мужчин разных возрастных групп на межсуточные колебания атмосферного давления воздуха 52
3.3 Сравнительный анализ эндокринного профиля местных и приезжих мужчин г. Архангельска в различные световые периоды года 56
3.4 Особенности гормонального статуса местных и приезжих мужчин г. Архангельска при различной возмущенности магнитного поля Земли 62
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 65
Выводы 93
Список использованной литературы 95
Приложения 122
- Гелиогеофизические факторы и их воздействие на организм человека
- Климато-географическая характеристика Европейского Севера и вопросы адаптации к высоким широтам
- Изменения гормонального профиля мужчин г. Архангельска при колебаниях погодных факторов
- Сравнительный анализ эндокринного профиля местных и приезжих мужчин г. Архангельска в различные световые периоды года
Введение к работе
Актуальность исследования. На человека оказывает влияние состояние окружающей среды в целом, хотя в ряде случаев отдельные ее факторы оказываются ведущими. Изучение каждой составляющей погодного комплекса позволяет более реально оценить их роль в развитии адаптивных гелиометеотропных реакций (И.А. Арнольди, 1962). К настоящему времени имеются сведения о влиянии погоды на сердечно-сосудистую, дыхательную, нервную системы, о влиянии отдельных элементов погоды на возникновение и течение некоторых заболеваний (D. Guedj, 1990; A. Ehara, 2000; V. Danielides et al., 2002; I. Strusberg, 2002; D.W. Harkin, 2005; H.K. Brown, 2009; J.H. Lee, 2010).
Исследования влияния естественных климатических условий на
эндокринную систему человека касаются, в основном, изучения сезонных и фотопериодических изменений гормонального профиля жителей Севера или участников полярных экспедиций (H. Nagata, 1976; В.В. Меньшиков, 1980; Н.В. Шварева, 1984; J.S. Harrop, 1985; А.В. Ткачев, Е.Б. Раменская, Е.Р. Бойко, 1992; H.L. Reed, 1995; Ю.В. Антипина, 1995; Е.В. Типисова, 2009). В то же время, не достаточно сведений о влиянии природных факторов на реактивность эндокринной системы приезжих жителей Европейского Севера.
Практически во всех экспериментальных работах модулируются
экстремальные условия при контрастных значениях температур и давления.
Исследования по влиянию холодового фактора на организм животных и человека,
несмотря на разнообразие результатов, указывают на повышение активности коры
надпочечников и щитовидной железы (G. Gerra, 1992; А.В. Ткачев,
Е.Б. Раменская, Е.Р. Бойко, 1992; M. Hermanussen, 1995; А.Л. Максимов, 2003;
С.К. Сарыг и др., 2008; Л.А. Яковенкова, 2009). При перегреве организма в
большинстве случаев показано угнетение активности щитовидной железы и
гонад, повышение уровня соматотропного гормона и инсулина (Ю.Б. Буланов,
1993; И.В. Городецкая, 2006; А.В. Ефремов, 2006; Д.Г. Иванов, 2007;
И.В. Барбашов и др., 2011). В работах по влиянию экстремально низких и
высоких значений барометрического давления, особенно в условиях
гипоксической среды, было показано повышение уровня адренокортикотропного гормона и кортизола (R. Westendorp et al., 1993; А.П. Салей, Е.И. Зубкова-Михайлова, 2000; Ю.А. Попова, 2008). Имеются сведения о неблагоприятном сочетании высокой влажности воздуха, как с низкой, так и с высокой температурой воздуха, но они, в основном, касаются общего самочувствия и влияния на сердечно-сосудистую систему (Е.П. Гора, 2005; Y. Sunwoo, 2006). Не достаточно сведений об изменении уровня тестостерона при воздействии неблагоприятных факторов среды. Имеются данные как о снижении его уровней (Л.Е. Панин, 1986; Н.В. Калита, 1991; Ю.В. Антипина 1995; Н.А. Агаджанян, 2003; С.В. Одинцов, 2005), так и о повышении (Л.Х. Гаркави, 1998; Б.И. Ткаченко, 2001; Е.В. Типисова, 2009; Л.В. Поскотинова, 2010) при различных стрессовых воздействиях.
Имеются данные о различном характере колебаний уровней гормонов в дни
геомагнитных возмущений (Н.Б. Московская, Л.К. Добродеева, 1994;
В.В. Щербакова, 2009; В.И. Хаснулин, 2010). Однако интерес вызывает изучение реактивности эндокринной системы на небольшие колебания магнитного поля Земли, которые имеют сигнальное значение для человека, вызывая адаптационную перестройку в организме (М.В. Рагульская, 2000).
Таким образом, ввиду ограниченности сведений о реактивности эндокринной системы человека при различных естественных климато-погодных факторах Севера, их сочетаний и межсуточных колебаний с учетом групп населения и возраста, актуальным является определение характера гормонального профиля в периоды колебаний фактической погоды у жителей северных регионов страны.
Цель исследования: выявить особенности реактивности эндокринной системы мужчин г. Архангельска при различных погодных и геофизических факторах высоких широт и их межсуточных колебаниях.
Задачи исследования:
-
Определить характер изменений уровней гормонов в крови у мужского населения г. Архангельска в различные диапазоны погодных факторов (температуры воздуха, сочетания температуры и относительной влажности воздуха).
-
Оценить изменения гормонального ответа у мужчин разных возрастных групп при межсуточных колебаниях температуры воздуха и атмосферного давления.
-
Выявить общие и отличительные признаки в реактивности эндокринной системы у местных и приезжих жителей приполярных территорий Европейского Севера в различные фотопериоды года.
-
Рассмотреть отличительные особенности колебаний уровней гормонов в крови у местных и приезжих жителей г. Архангельска при различной напряженности магнитного поля Земли.
Положения, выносимые на защиту:
1. Повышение уровней кортизола и тестостерона сочетается с нарастанием
уровней трийодтиронина в крови мужчин г. Архангельска в условиях
отрицательных температур (от -6 до -15 С), при резком межсуточном снижении
температуры (>4 С), а также при температуре от +6 до +15 С в условиях
высокой влажности воздуха (>85 %).
2. Наиболее значимыми параметрами, изменяющимся в крови жителей
Севера при различных погодных характеристиках, являются уровни кортизола,
трийодтиронина и тестостерона с определяющим влиянием на их содержание
таких факторов, как долгота дня, температура и влажность воздуха.
3. Возрастные особенности изменения уровней гормонов при межсуточных
колебаниях температуры и атмосферного давления заключаются в значимых
изменениях содержания трийодтиронина у мужчин – жителей Европейского
Севера в возрасте 22–35 лет и большей реактивности системы гипофиз – кора
надпочечников в возрасте 36–60 лет.
Научная новизна исследования. Впервые установлены диапазоны температур, при переходе между которыми выявлены наиболее значимые изменения уровней гормонов в крови мужчин Европейского Севера.
Показаны гормональные изменения в крови мужского населения г. Архангельска при межсуточных колебаниях температуры и атмосферного давления в зависимости от их амплитуды и направленности, а также при сочетанном изменении температуры и влажности воздуха. Впервые выявлено нарастание уровней трийодтиронина в периоды с высоким содержанием влажности воздуха (>85 %), как при отрицательных (от 0 до -5 С), так и при положительных температурах наружного воздуха (от +6 до +20 С). Установлено увеличение активности системы гипофиз – кора надпочечников в периоды межсуточного снижения (на 8–15,7 гПа) и повышения (на 8–24,2 гПа) барометрического давления в условиях высоких широт.
Показаны возрастные особенности реактивности эндокринной системы на межсуточные снижения атмосферного давления и резкие температурные колебания. У лиц в возрасте 36–60 лет изменения гормонального профиля наблюдаются уже при умеренном снижении давления (на 5–8 гПа), тогда как у мужчин 22–35 лет – только при резком его снижении (>8 гПа). В возрасте 22–35 лет регистрируются нарастание уровней трийодтиронина и тестостерона в крови при межсуточном похолодании, а в возрасте 36–60 лет – изменение уровней кортизола и тиреотропного гормона как при похолодании (на 4–10,4 С), так и при потеплении (на 4–14,4 С).
Показано, что колебания уровней гормонов щитовидной железы у приезжих мужчин Европейского Севера на фоне средней возмущенности магнитного поля Земли более выражены, чем у местных жителей. У приезжих мужчин не обнаружено значимых изменений уровня кортизола в крови в различные фотопериоды года на фоне его более высоких годовых значений.
Выявлено, что определяющими факторами, оказывающими влияние на уровни кортизола, трийодтиронина и тестостерона у жителей Севера, являются долгота дня, температура и относительная влажность воздуха.
Научно-практическая значимость исследования. Показаны
общепопуляционные типы адаптационных реакций со стороны коры надпочечников, системы гипофиз – щитовидная железа и гонад у мужчин Европейского Севера в различные интервалы погодных факторов (при нарастании отрицательных температур, амплитуды их межсуточных колебаний и влажности воздуха), что расширяет концепцию адаптационных перестроек организма.
Соотношение уровней тироксина, трийодтиронина и тестостерона в крови может служить критерием вариантов адаптационных реакций мужского населения при нарастании экстремальности климато-погодных факторов Европейского Севера и может использоваться специалистами медико-биологического профиля для оценки и долгосрочного прогноза течения адаптационных изменений функционального состояния эндокринной системы.
Получена теоретическая база для разработки критериев риска
дисгормональных расстройств у мужчин с учетом изменения погодных факторов (высокие уровни кортизола при резком похолодании (более 4 С), межсуточном снижении атмосферного давления (5–8 гПа), повышении влажности воздуха более 85 %), особенно в возрасте 36–60 лет.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планом НИР в
рамках комплексной темы исследований Института физиологии природных
адаптаций УрО РАН на 2009–2012 гг. «Анализ функциональных
закономерностей развития организмов человека и животных с учетом условий окружающей среды. Выявление функциональных резервов и условий их использования в поддержании гомеостаза организма при воздействии измененных факторов внешней среды» (№ гос. регистрации 0120.0.951602)
Исследование осуществлено при поддержке гранта молодых ученых администрации Архангельской области (проект № 03–28, 2009).
Результаты исследований используются в лекционном курсе «Физиология висцеральных систем» (эндокринная система) и «Экологическая безопасность жизненной среды обитания» кафедры экологической физиологии и биохимии Института естественных наук и биомедицины САФУ имени М.В. Ломоносова с 2010 г. (протокол № 2 заседания кафедры экологической физиологии и биохимии от 30.10.2013 г).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседаниях ученого Совета Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (Архангельск, 2008–2013); на VII Молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2009); на IV съезде физиологов Урала (Екатеринбург, 2009); на V Всероссийском Симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2010); на I Региональной молодежной научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии человека на Севере» (Архангельск, 2010); на XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010); на IV Международной молодежной научной конференции «Экология 2011» (Архангельск, 2011); на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты» (Архангельск, 2012); на XXII Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 4 – в журналах, рекомендованных ВАК для защиты диссертаций и 1 глава в коллективной монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты исследований, обсуждение), выводов. Работа содержит 13 таблиц, 7 рисунков и 10 приложений. Библиография включает 241 источник (189 отечественных авторов и 52 зарубежных).
Гелиогеофизические факторы и их воздействие на организм человека
Помимо основных метеорологических показателей, на здоровье и самочувствие человека влияют: солнечная активность, электромагнитные свойства атмосферы, атмосферное электричество, ионизация воздуха, содержание кислорода в воздухе. Они не всегда связаны с климатическими факторами, и некоторые из них являются самостоятельными агентами, способными вызывать метеотропные реакции у человека [92]. Возрастание солнечной активности вызывает изменения геомагнитного поля Земли, что, в свою очередь, сказывается на состоянии здоровья людей.
До недавнего времени считалось, что у человека специфические рецепторы к магнитному полю отсутствуют. Способность организма к магниторецепции пытались исследовать различными методами. Z.V. Harvalik [211] путем экранирования участков тела металлическими пластинками выявил наличие магниточувствительности вблизи надпочечников и в области головы. В 1980 году R.R. Baker провел ряд экспериментов, свидетельствующих о наличии у людей способности чувствовать магнитные поля [197]. В 1982 г. Ю.А. Холодов провел серию опытов и предположил, что магнитное поле может непосредственно влиять на рецепторы кожного анализатора и на рецепторы кровеносных сосудов [174]. В 2007 г. группа американских ученых подтвердила существование у человека магниторецепции с помощью изучения вызванных потенциалов в ответ на включение искусственного магнитного поля. У 16 из 17 испытуемых через 109– 454 мс после включения электромагнита наблюдался ответ мозга. Причм, наибольший пик наблюдался у них в затылочной доле мозга, которая, как известно, отвечает за зрительное восприятие [207]. Недавние эксперименты американских ученых показали, что магнитным рецептором человека и животных является белок сетчатки глаза криптохром, с помощью которого мы можем точно знать все характеристики магнитного поля в точке нашего нахождения [176; 196; 241].
Кроме того, есть мнение, что основой электромагниторецепции в живых клетках могут быть кристаллы биогенного магнетита, обнаруженные у бактерий, рыб, медоносных пчел, голубей и дельфинов [218;]. Предполагается, что наибольшие скопления биогенного магнетита органического происхождения у человека находятся в надпочечниках и коре головного мозга [4]. В.В. Соколовский уделяет особое внимание тиоловым соединениям, широко представленным в живых организмах, поскольку в них находятся высокореактивные сульфгидрильные группы (SH), с которыми связаны многие биологические процессы (клеточное деление, биологические ритмы, проницаемость клеточных мембран, активность ферментов, функции рецепторов, синтез белков, свертываемость крови, старение организма и др.). Результаты исследования скорости окисления носителя SH-групп унитиола нитритным ионом в различные дни (месяцы) года позволили прийти к заключению о том, что возрастание солнечной активности каким-то образом приводит к увеличению скорости окисления тиоловых соединений in vitro, и поэтому воздействие гелиофизических факторов на кинетику окислительных реакций может иметь прямое отношение к механизму влияния Солнца на биологические системы [115; 145]. Поскольку к гормонам, в молекулах которых содержатся SH-группы, относятся инсулин, вазопрессин, окситоцин, тиреокальцитонин, вероятно, изменение скорости окисления SH-групп оказывает влияние, как на синтез дисульфидных гормонов, так и на их специфическое действие. Это обусловливает вероятность связи с солнечной активностью течения диабета, регуляции тонуса артериальных сосудов, сократительной функции гладкой мускулатуры матки или родовой деятельности, транспорта ионов Са2+ через мембраны и др. [4].
Солнечная активность влияет на электромагнитное поле Земли. Молекулы тканей организма и, прежде всего, молекулы воды в них реагируют на изменения внешнего электромагнитного поля, которое ориентирует их в определенных направлениях, нарушая нормальную работу организма человека [92]. Также существует предположение, что ключевую роль в биологических эффектах электромагнитных полей играет активация ферментативных реакций, связанных с обменом фосфатидилинозитдифосфата – одного из фосфолипидов клеточной мембраны, что приводит к увеличению скорости образования вторичных посредников и влияет на содержание свободного внутриклеточного кальция. Известно, что пластинчатые фосфолипиды клеточных мембран являются анизотропными диамагнетиками. Предполагается, что ориентационный эффект при воздействии магнитных полей, превышающих 0,1–1,0 Тл, может значительно нарушать транспортные свойства мембран. Следовательно, могут возникать нарушения свойств мембран с возможными последствиями для других клеточных реакций [4; 52].
Исходя из данных морфологических, биохимических и биофизических исследований В. Кофоц-Джонсен и Х. Юссинг детально разработали теорию кожных потенциалов, согласно которой на границе эпидермиса и собственно дермы находятся дипольные клетки. Эти клетки имеют разную проницаемость в частях, обращенных наружу и внутрь, и могут активно переносить внутрь ионы натрия. Поэтому наряду с простыми физико-химическими факторами в динамике потенциалов ведущую роль играют процессы жизнедеятельности кожи. А.К. Подшибякин обнаружил, что перед околоземными магнитными бурями потенциал кожи повышается. Очевидно, это является причиной того, что люди предчувствуют электромагнитные вихри за 1–4 суток до их регистрации физическими приборами. Ж. Кальмор, развивая идеи А.Л. Чижевского, показал, что кожа является органом поглощения космического излучения, кванты которого, соединяясь с внутренней энергией обмена, определяют всю энергетическую базу организма (обзор в [78]). Показано, что под действием электромагнитных полей нарушаются в первую очередь нейроэндокринные функции организма, ухудшается общее состояние, изменяются функции гипоталамуса [104]. Это может объясняться воздействием резко возрастающих электромагнитных колебаний (в том числе атмосферного электричества) на окончания нервных клеток. Эфферентные сигналы передаются в центральную нервную систему (с центрами вегетативной нервной системы, расположенными в гипоталамусе), затем нервными путями (через симпатические, парасимпатические и синаптические образования) включаются гормональные регуляторы. Гормоны активизируют ферментные процессы, интенсифицируется стероидный и тканевый метаболизм, а в совокупности – изменяется функциональное состояние физиологических систем, органов и тканей (от исходного уровня). При этом в больных органах и системах нарушается обмен веществ, уменьшается выброс стероидов, усиливается проницаемость капилляров и тканевых мембран, может произойти срыв гипофизарно-надпочечниковых отношений [101]. В 1982 году появились сведения об изучении кортикоидной функции надпочечников у здоровых лиц в день возмущения геомагнитного поля (ГМП). Выявлено, что в этот день количество кортикостероидов либо достоверно снижалось, либо увеличивалось. Подобная разнонаправленность отражает избирательную индивидуальную чувствительность людей к изменениям ГМП [4]. В эксперименте с воздействием на крыс магнитного поля индукцией 20 мТл в течение 15–20 минут в трех зонах коры надпочечников регистрировались снижение концентрации ядер и заметное изменение ширины зоны коры надпочечников. Повышение индукции и частоты магнитного поля, увеличение времени его действия приводят к изменениям дистрофического характера в ткани гипофиза, надпочечниках, щитовидной железы, яичников и семенников [67]. В работе Т.К. Бреус [27] отмечено повышение уровня кортизола и снижение мелатонина в ответ на геомагнитное возмущение как у здоровых, так и у больных людей. Работами Л.Е. Панина [118] показано, что в год активного солнца содержание кортизола в крови было достоверно выше, а инсулина ниже, что говорит об усилении энергетического обмена, главным образом за счет окисления жиров. Другие авторы, исследуя влияние геомагнитной активности на животных, обнаружили рост концентраций инсулина и тиреотропного гормона во время геомагнитной бури и снижение уровня трийодтиронина после бури [183]. В исследованиях В.И. Хаснулина [171] также показано повышений концентрации кортизола в периоды геомагнитных бурь. Однако, у людей трудоспособного возраста, проживающих в г. Архангельске, в магнитовозмущенные дни регистрировалось снижение концентраций кортизола, тироксина, прогестерона, альдостерона и повышение соматотропного, адренокортикотропного, тиреотропного гормонов, тестостерона [67; 106].
Климато-географическая характеристика Европейского Севера и вопросы адаптации к высоким широтам
Архангельская область географически расположена на севере Европейской территории России в умеренно-континентальном переходном Восточноевропейском секторе. Определив по большинству критериев (природно-климатические показатели, факторы, оказывающие влияние на состояние человека и рабочей техники) степень дискомфортности для каждой из четырех природно-климатических зон Архангельской области, уточнили районирование и выделили зоны по степени дискомфортности проживающего населения. В результате получено, что к экстремально дискомфортной зоне относятся Мезенский, Лешуконский районы, большая часть Пинежского, основная часть Приморского, северная часть Онежского районов, города Архангельск, Северодвинск. Остальная территория относится к дискомфортной зоне [50; 86]. Климат Архангельской области определяется ее географическим положением. Область, площадью 587,3 тыс. кв. км., расположена между 6040 и 8150с.ш., из которых 40 % находится за Полярным кругом. Климат относится к суровому и в значительной степени определяется близостью к Северному Ледовитому океану и его морям. Высокоширотное расположение Архангельской области оказывает вредное влияние на здоровье людей, так как к географо метеорологическим факторам внешней среды относятся: резкие перепады барометрического давления, напряженный ветровой режим при высокой влажности в сочетании с низкой температурой, значительная сезонная фотопериодичность, что приводит к значительному перенапряжению регуляторных систем организма человека, вызывая развитие различных заболеваний. Погода характеризуется неустойчивостью и активной циклонической деятельностью. Во все времена года характерна частая смена направления движения воздуха, сопровождаемая сильными ветрами. Изменчивость погоды усиливается при прохождении циклонов и антициклонов, которые особенно активны осенью и зимой. На 60 % погода в области определяется влиянием циклонов, на 40 % – антициклонов.
Наиболее значимым для патологии здоровья северян природным критерием выступает среднемесячная температура атмосферного воздуха. Зима в Архангельской области продолжительная и холодная. Особое значение приобретают низкие температуры в сочетании с высокой влажностью воздуха при высокой скорости движения воздуха. Зимой наиболее неблагоприятное влияние на погоду в области оказывает движение холодных воздушных масс со стороны Карского моря Северного Ледовитого океана. Летом влажные массы воздуха вторгаются на территорию области с Атлантики и понижают температуру. В результате, средняя температура в июле в Архангельске и Новодвинске лишь 15,6 С в то время, как на той же широте в Якутии – 18 С. Период с температурой ниже 0 С на широте Архангельск – Новодвинск в среднем 180 дней в году, а со средней температурой +15 С – лишь около 30 дней. Почти полгода на данной широте на почве заморозки и лежит снежный покров. В целом, среднегодовая температура в Архангельске +0,8 С. Для климата агломерации Архангельск – Новодвинск – Северодвинск, где проживает почти половина населения области, характерны резкие колебания температуры воздуха, особенно с марта по сентябрь, а также днем и ночью, создающие дополнительную нагрузку на терморегулирующий аппарат организма человека. Внутрисуточные перепады температуры воздуха более 10 С составляют в области в среднем ежегодно 98 дней. Среднегодовое атмосферное давление в Архангельской области составляет 1011,2 гПа (758,6 мм. рт. ст.), причем в течение суток, особенно при прохождении циклонов, оно может падать или повышаться на 30–35гПа (22,5–26,3 мм. рт. ст.). Влажность воздуха, благодаря частому вторжению морских масс воздуха, в среднем значении высока. В основном, относительная влажность колеблется от 70 до 96 %. Число дней с высокой влажностью составляет 80–90 %. Высокоширотным расположением Архангельской области объясняются и значительные изменения в продолжительности дня и ночи зимой и летом. Так, 22 декабря продолжительность дня на широте Архангельск – Новодвинск – Северодвинск лишь около 4-х часов, а с 22 июня – солнце не заходит и наступает период «белых ночей». В среднем ежегодно на данной широте около 5 месяцев не бывает солнца (из-за закрытости облаками и краткой продолжительности дня). Среднегодовая суммарная ультрафиолетовая радиация составляет лишь 55–60 кВт/м, в то время как в средней полосе России на 30 % больше. Таким образом, подавляющее большинство климатических, погодных параметров свидетельствует о недостаточном количестве тепла в Архангельской области, чрезмерности негативных для здоровья человека погодных показателей. В целом, климат Архангельской области характеризуется значительной дискомфортностью для человека [16; 86; 141]. Исследования влияния метеорологических и геофизических факторов на функциональное состояние здоровых людей в полярных и приполярных районах Земли представляют немалый интерес. Этому вопросу посвящен труд Т.И. Андроновой, Н.Р. Деряпы, А.П. Соломатина [10]. Авторами проведен полный корреляционный анализ физических показателей здоровых жителей Европейского Севера с гелиометеофакторами. Установлено, что из взятых гелиометеофакторов в этих условиях наибольшее значение имеет магнитное поле Земли. С последним установлена средняя, тесная и очень тесная связь показателей физиологических реакций. Сходные результаты были получены и в Норильске [119]. Средняя степень связи была установлена между атмосферным давлением и артериальным давлением крови. Пониженное атмосферное давление вызывало увеличение максимального кровяного давления, а повышенное заметного влияния не оказывало. В.А. Яковлев с соавт. [102] выявили наиболее тесную связь между отрицательной температурой наружного воздуха и параметрами организма (артериальное давление, частота пульса, проба Штанге, вегетативные показатели). Несколько меньшее влияние оказывают колебания атмосферного давления и гелиофизические факторы, а незначительное – скорость ветра и относительная влажность. Многие показатели организма подвергались изменению в дни, предшествующие колебанию того или иного фактора внешней среды, или, наоборот, в последующие дни. Накануне изменения геофизических факторов и атмосферного давления сравнительно часто наблюдались реакции со стороны некоторых сердечно-сосудистых и вегетативных показателей. Таким образом, существуют разные подходы к изучению влияния погоды: непосредственно в дни регистрации метеофактров, до или после каких-либо изменений геофизических или погодных характеристик.
Проблема адаптации – одна из самых главных в физиологии функциональных состояний, поскольку именно этот процесс определяет возможности человека по обеспечению деятельности и выживания в изменяющихся условиях среды [84]. Выявление основных закономерностей метаболических перестроек в организме при адаптации по-прежнему остается актуальной проблемой [164]. Основная роль в процессах адаптации организма к действию как экзогенных, так и эндогенных раздражителей принадлежит нейроэндокринной системе, ее гормонам и медиаторам. Основная роль изменения активности эндокринных желез заключается, с одной стороны, в мобилизации пластического резерва всего организма, а с другой – в гормональной индукции адаптивного синтеза белков, чем обеспечивается не только управление срочными адаптивными изменениями, но и переход от срочной адаптации к долговременной и достижение состояния устойчивой сопротивляемости к действию стрессора [143].
Изменения гормонального профиля мужчин г. Архангельска при колебаниях погодных факторов
Из обзора литературы ясно, что резкие колебания температуры воздуха и атмосферного давления неблагоприятно воздействуют на организм человека, вызывая ухудшение самочувствия, обострение хронических заболеваний и рост смертности. Непериодические колебания, являясь неожиданными для организма, требуют значительного повышения компенсаторно-приспособительных механизмов организма. Кроме того, известно, что с возрастом повышается метеочувствительность организма. В связи с этим изучен гормональный профиль местных мужчин г. Архангельска в зависимости от возраста при межсуточных изменениях температуры воздуха разной амплитуды.
При межсуточном снижении температуры воздуха показаны статистически значимые возрастные различия в гормональном ответе обследуемых. У мужчин 22–35 лет различия выявлены для уровней Т3 – H = 9,1, p = 0,011; Т4 – H = 16,5, p 0,001; кортизола – H = 28,5, p 0,001; тестостерона – H = 21,9, p 0,001, а в группе мужчин 36–60 лет – для уровней Т4 – H = 9,4, p = 0,009; ТТГ – H = 4,6, р = 0,032; кортизола – H = 17,9, p 0,001.
Статистический анализ различий значений при попарном сравнении групп по критерию Манна–Уитни показал достоверность различий уровней гормонов в зависимости от амплитуды колебаний (таблица 5). У мужчин 22–35 лет при умеренном похолодании (на 3–4 С), по сравнению со слабым (на 1–2 С), было выше содержание кортизола (p = 0,05) и Т3 (p = 0,05) при низких значениях тестостерона (p 0,001). При резких колебаниях температуры ( 4 С), по сравнению с умеренными, выше концентрация не только кортизола (p = 0,001), но также Т4 (p 0,001) и тестостерона (p 0,001) при сохранении более высоких уровней Т3. Возрастные отличия при резком межсуточном похолодании заключались в более высокой амплитуде колебаний уровней кортизола у мужчин 36–60 лет. Кроме того, при резком межсуточном похолодании, по сравнению со слабым, выше уровни ТТГ (p = 0,02) и Т4 (p = 0,004). Однако уровень Т3 значимо не изменялся. Значимых изменений уровня тестостерона также не было выявлено. При межсуточном повышении температуры воздуха у мужчин 22–35 лет анализ Краскала–Уоллеса показал значимые различия только для уровня тестостерона – H = 18,6, p 0,001. У мужчин 36–60 лет различия обнаруживаются для уровней ТТГ – H = 9,01, p = 0,011; кортизола – H = 12,8, p = 0,002 и тестостерона – H = 8,4, p = 0,015. Результаты попарного сравнения показали, что при резком межсуточном потеплении ( 4 С), по сравнению со слабым (1–2 С), в обеих возрастных группах наблюдали сниженные концентрации тестостерона (p 0,001 в группе 22–35 лет; p = 0,008 в группе 36–60 лет) (таблица 6). Кроме того, у мужчин 36–60 лет наблюдали также более низкое содержание ТТГ (p = 0,004) и кортизола (p 0,001). Проведенный корреляционный анализ (рисунок 1) подтвердил наличие связей между эндокринными показателями и величиной амплитуды межсуточного колебания внешней температуры. У мужчин 22–35 лет увеличение амплитуды межсуточного снижения температуры было положительно связано с содержанием гормонов щитовидной железы: Т3 (rs = 0,25; р = 0,02), Т4 (rs = 0,29; р 0,001) и кортизола (rs = 0,43; р 0,001). У мужчин в возрасте 36–60 лет также была обнаружена положительная связь указанного параметра с уровнями Т4 (rs = 0,48; р = 0,001), ТТГ (rs = 0,51; р =0,02) и кортизола (rs = 0,54; р 0,001). Величина амплитуды межсуточного повышения температуры воздуха у мужчин в возрасте 36–60 лет отрицательно коррелировала с уровнями ТТГ (rs = -0,46; р = 0,003), кортизола (rs = -0,4; р 0,001) и тестостерона (rs = -0,50; р = 0,01), а у мужчин 22 – 35 лет – только с содержанием тестостерона (rs = -0,36; р 0,001). Таким образом, нами отмечена значительная вариабельность уровней гормонов систем гипофиз – щитовидная железа, гипофиз – кора надпочечников, а также тестостерона у местных мужчин г. Архангельска при различной температуре наружного воздуха и ее межсуточных колебаниях. Наличие корреляционных связей между исследуемыми параметрами и уровнями гормонов подтверждает значимость температурного фактора в условиях Европейского Севера. В высоких широтах довольно часто, вследствие неустойчивости погоды и частой смены атмосферных фронтов, наблюдаются перепады атмосферного давления в течение суток, которые приводят к сдвигам функциональных показателей организма. Колебания давления, кроме механического воздействия на рецепторы, оказывают влияние на парциальную плотность кислорода в воздухе, что не может не отражаться на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и эндокринной систем. В связи с этим было проведено исследование эндокринного профиля мужчин г. Архангельска разных возрастов при межсуточных изменениях атмосферного давления различной амплитуды. Межсуточное снижение атмосферного давления для мужчин 22–35 лет оказалось значимым фактором в распределении уровней кортизола – H = 19,5, p 0,001 и тестостерона – H = 18,6, p 0,001, а для мужчин 36–60 лет – уровня кортизола H = 8,1, p = 0,017. Результаты попарного сравнения выборок (таблица 7) показали, что в периоды межсуточного снижения атмосферного давления в обеих возрастных группах происходило повышение уровней кортизола.
Возрастные отличия заключались в том, что у мужчин 22–35 лет содержание кортизола повышалось при резком снижении давления по сравнению со слабым (р 0,001), а у мужчин 36–60 лет – уже при умеренных колебаниях давления (р 0,001). Можно предположить, что чувствительность кортизолсекретирующих клеток к данному параметру более высока у лиц старшего возраста. Кроме того, у лиц 22–35 лет было показано снижение уровня тестостерона в крови при резких колебаниях давления, по сравнению со слабыми и умеренными (р 0,001 и р = 0,008).
При межсуточном повышении атмосферного давления у мужчин 22–35 лет анализ Краскала–Уоллеса показал значимые различия для уровней Т3 – H = 11,5, p = 0,003, а у мужчин 36–60 лет – для значений АКТГ – H = 9,04, p = 0,003. Попарное сравнение выборок (таблица 8) выявило более низкое содержание Т3 у лиц 22–35 лет при резком межсуточном повышении атмосферного давления, по сравнению со слабым (р = 0,02), а у мужчин старше 35 лет – более высокое содержание АКТГ (р = 0,002).
Таким образом, у мужчин 36–60 лет при межсуточных колебаниях атмосферного давления независимо от их направленности регистрируется активация системы гипофиз – кора надпочечников. У мужчин 22–35 лет значимыми реакциями при резком падении атмосферного давления явились: повышение уровня кортизола и снижение содержания тестостерона, а при резком нарастании давления – снижение уровня трийодтиронина.
Сравнительный анализ эндокринного профиля местных и приезжих мужчин г. Архангельска в различные световые периоды года
В условиях Европейского Севера наиболее изученным фактором, влияющим на изменение эндокринного профиля человека, является контрастная фотопериодика. Однако исследования касаются, в основном, реактивности эндокринной системы у местных жителей Севера, проживающих на приполярных территориях, а также у жителей Заполярья. Влияния изменения длительности светового дня на реактивность эндокринной системы у приезжих жителей приполярных районов Европейского Севера рассмотрено недостаточно. В Архангельске длительность светового дня в годовом цикле варьируется от 3 ч 51 мин до 21 ч 35 мин. Частая облачность и высокое альбедо снежного покрова обусловливают ультрафиолетовый дефицит, который сохраняется в течение 5–6 месяцев [187]. В то же время летом наблюдается значительный избыток света. Все это не может не сказываться на содержании гормонов в крови, являющимися важнейшими регуляторами адаптационных процессов в организме.
Предварительно был проведен сравнительный анализ гормонального профиля постоянных и пришлых жителей г. Архангельска без учета фотопериода года. Выявлено, что у приезжих мужчин по сравнению с местными статистически значимо выше уровень кортизола (589,46 по сравнению с 511,02 нмоль/л; р = 0,001), а также наблюдается тенденция к повышенному содержанию тироксина (111,16 по сравнению с 100,00 нмоль/л; р = 0,07). Уровни остальных гормонов между данными группами статистически значимо не различались. Далее были рассмотрены особенности эндокринного профиля местных и приезжих мужчин в различные фотопериоды года. Анализ Краскала–Уоллеса выявил у местных мужчин высокий уровень статистически значимых различий в содержании гормонов в зависимости от фотопериода: Т3 – H = 36,4, p 0,001; Т4 – H = 18,2, p 0,001; ТТГ – H = 11,7, p = 0,009; АКТГ – H = 49,8, p 0,001; кортизол – H = 60,2, p 0,001; тестостерон – H = 35,4, p 0,001. Для приезжих мужчин фактор освещенности значим в отношении Т3 – H = 16,4, p = 0,001; АКТГ – H = 15,4, p = 0,001 и тестостерона H = 8,7, p = 0,033. Оценивая изменения уровней гормонов по критерию Манна–Уитни (таблица 9) в зависимости от периода продолжительности светового дня, выявили, что уровни трийодтиронина в обеих группах были повышены в период минимального светового дня. В остальные периоды у местных мужчин его значения значимо ниже (p 0,001). У приезжих мужчин содержание Т3 в период увеличения продолжительности светового дня сохранялось повышенным (p = 0,01 по сравнению с периодом максимальной продолжительности светового дня), кроме того, его значения в этот период значимо выше, чем у местных (p = 0,027). Сниженные уровни Т3 в обеих группах наблюдались в период максимальной продолжительности светового дня и в период его уменьшения (p 0,05). Наибольшие значения Т4 и у местных, и у приезжих наблюдали в период минимальной продолжительности светового дня, в другие периоды концентрация значимо ниже. Что касается содержания ТТГ, то у местных мужчин его повышение выявлено в период максимальной продолжительности светового дня (p = 0,01 по сравнению с периодами минимального светового дня и его увеличения; p = 0,06 по сравнению с периодом уменьшения светового дня). У приезжих мужчин сезонных колебаний уровня ТТГ не отмечено. И у местных, и у приезжих мужчин низкие значения АКТГ, по сравнению с другими фотопериодами, наблюдали в период минимального светового дня (p 0,01). Максимальный уровень кортизола у местных мужчин отмечался в период минимальной продолжительности светового дня, затем его содержание было снижено в период увеличения светового дня (p 0,001) и снова более высокие уровни наблюдали в периоды максимальной продолжительности (p 0,001) и уменьшения светового дня (p 0,001). У приезжих мужчин значимых изменений не выявлено, однако зарегистрирован более высокий уровень кортизола, чем у местных, в периоды увеличения светового дня (p = 0,0015) и его уменьшения (p = 0,08). Изменения содержания тестостерона в различные световые периоды в обеих группах сходны: невысокие значения в контрастные световые периоды года и повышенные в переходные периоды (p = 0,03–0,001 у местных и p = 0,08–0,012 у приезжих по сравнению с контрастными фотопериодами). Проведенный корреляционный анализ выявил у местных мужчин положительные взаимосвязи долготы дня с содержанием в крови ТТГ (rs = 0,2; p = 0,003) и АКТГ (rs = 0,4; p 0,001), отрицательные – с уровнями Т3 (rs = -0,3; p 0,001), Т4 (rs = -0,14; p = 0,02) и кортизола (rs = -0,2; p 0,001). У приезжих мужчин долгота дня положительно коррелирует с содержанием АКТГ (rs = 0,6; p = 0,0002), отрицательно – с концентрациями Т3 (rs = -0,5; p = p 0,001) и Т4 (rs = -0,3; p = 0,03). Корреляционный анализ также показал различия в структуре межгормональных связей местных и приезжих мужчин в разные фотопериоды года (рисунок 3). Так, в период минимальной продолжительности светового дня у местных мужчин обнаруживалась положительная связь между уровнем Т3 и тестостерона (rs = 0,5; p = 0,001). У приезжих мужчин значимых корреляций в данный период не отмечено. В период увеличения продолжительности светового дня у местных мужчин содержание тестостерона было отрицательно связано с уровнем ТТГ (rs = -0,3; p = 0,02) и положительно – с уровнем Т3 (rs = 0,3; p = 0,002). У приезжих мужчин содержание тестостерона положительно коррелировало с уровнем кортизола (rs = 0,5; p = 0,05). Кроме того, регистрировалась положительная взаимосвязь между уровнями гормонов щитовидной железы – Т3 и Т4 (rs = 0,5; p = 0,05).
В период максимальной продолжительности светового дня у местных мужчин было обнаружено наибольшее количество межсистемных взаимосвязей. Так, выявлены отрицательные корреляционные связи уровня Т4 с содержанием тестостерона (rs = -0,3; p = 0,001), АКТГ (rs = -0,3; p = 0,002) и Т3 (rs = -0,2; p = 0,06). Содержание Т3, в свою очередь, было положительно связано с уровнями тестостерона (rs = 0,4; p = 0,001) и АКТГ (rs = 0,3; p = 0,006). Положительные связи установлены между уровнями АКТГ и тестостерона (rs = 0,3; p = 0,007), а также между уровнями кортизола и тестостерона (rs = 0,3; p = 0,04), кортизола и ТТГ (rs = 0,2; p = 0,015). У приезжих мужчин была также обнаружена положительная связь между уровнями тестостерона и кортизола (rs = 0,5; p = 0,01). Однако между содержанием кортизола и ТТГ связь отрицательная (rs = -0,5; p = 0,01). Кроме того, обнаружены отрицательные корреляционные связи между уровнями кортизола и АКТГ (rs = -0,5; p = 0,04), а также тестостерона и ТТГ (rs = -0,6; p = 0,02). В период уменьшения продолжительности светового дня у местных мужчин регистрировали положительную связь между уровнями АКТГ и тестостерона (rs = 0,6; p = 0,04). У приезжих мужчин взаимосвязей между гормонами в данный период не выявлено.
Таким образом, и у местных, и у приезжих жителей Севера были выявлены некоторые общие закономерности изменения уровней гормонов: увеличение уровней Т3 и Т4 в период минимального светового дня и повышение содержания тестостерона в переходные периоды года. В период максимальной продолжительности светового дня у местных мужчин напряжение испытывают системы гипофиз – щитовидная железа, гипофиз – кора надпочечников с выявлением большого количества корреляционных взаимосвязей, а у приезжих повышение реактивности в данный период не было выявлено. Однако у приезжих мужчин отмечены более высокие годовые уровни кортизола, по сравнению с местными. Это может свидетельствовать о сниженной чувствительности системы гипофиз – кора надпочечников приезжих к отдельным климато-географическим факторам и высокой реактивности на весь комплекс в целом.
