Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 18
1.1. Основные представления о резервных возможностях и адаптивных реакциях у человека на Севере 18
1.2. Состояние эндокринных и метаболических процессов организма жителей Севера 39
1.3. Полярный адаптивный метаболический тип 60
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 65
ГЛАВА 3 . Физиологические особенности гормональных и метаболических процессов у жителей европейского севера, проживающих в разных климатогеографических широтах (65 -66С.Ш. И 69 - 70С.Ш.) 83
ГЛАВА 4. Физиологические особенности резервных возможностей эндокринной регуляции метаболических процессов у жителей севера в условиях пищевых нагрузок 98
4.1. Сезонные изменения и резервные возможности основных показателей углеводного, липидного, жирового обменов и гормонов у жителей европейского Севера с различным индексом массы тела в условиях «жирового завтрака» 98
4.2. Резервные возможности эндокринных и метаболических показателей у жителей европейского Севера в условиях глюкозотолерантного теста в зависимости от периода года 156
ГЛАВА 5. Физиологические особенности резервных возможностей эндокринных и метаболических процессов у жителей севера в условиях гормональных нагрузок 214
5.1. Физиологические особенности резервных возможностей эндокринно-метаболических показателей у жителей европейского Севера в условиях нагрузки адренокортикотропным гормоном гипофиза (препарат синактен) в зависимости от уровня глюкозы 214
5.2. Резервные возможности эндокринно-метаболических показателей у жителей европейского Севера в динамике нагрузочного тестирования рилизинг-фактором тиреотропного гормона гипофиза (препарат рифатироин), в зависимости от широты
проживания (65 - 66 с.ш. и 69 - 70 с.ш.) 238
Заключение 256
Выводы 293
Практические рекомендации. 297
Указатель литературы 298
Приложения 342
- Основные представления о резервных возможностях и адаптивных реакциях у человека на Севере
- Состояние эндокринных и метаболических процессов организма жителей Севера
- Полярный адаптивный метаболический тип
- Сезонные изменения и резервные возможности основных показателей углеводного, липидного, жирового обменов и гормонов у жителей европейского Севера с различным индексом массы тела в условиях «жирового завтрака»
Введение к работе
Актуальность исследования. Многообразие воздействующих климатических и антропогенных факторов европейского Севера обуславливает достаточно высокую физиологическую «плату» организма человека к условиям проживания [2, 25, 87, 166, 170, 223, 246, 254]. Сущность адаптационных перестроек у северян заключается в расширении физиологических границ отдельных эндокринных, метаболических показателей и в напряженности регуляторного эндокринного контроля метаболических процессов [223, 375]. Очевидно, что расширение лимитов не может быть бесконечным. Оно ограничено пределами видовых норм, «выход» за которые ведет к снижению резервных возможностей обменных процессов организма, систем их регуляции и, в конечном счете, к патологии [2]. Одной из причин расширения лимитов норм могут быть внутригодовые флюктуации уровней гормональных и метаболических показателей, связанных со сменой фотопериодов [52, 53, 92, 93, 129, 169, 182, 183, 184, 185,248].
Для оценки резервных возможностей организма, с физиологической точки зрения, важным является изучение изменений функционального состояния, степени активации и напряженности эндокринных и метаболических процессов у практически здоровых людей, родившихся и проживающих на Севере [208, 213, 220, 258]. Резервные возможности сохранения эндокринной системы выявляются в период адаптации к изменившимся условиям внешней среды, при патологии, дополнительной гормональной и пищевой антигенной стимуляции у различных групп населения Севера и необходимы для решения вопросов жизнеобеспечения в жестких климатических условиях [18,19, 20, 23, 55, 160, 172].
Снижение резервных возможностей эндокринной и метаболической регуляции обусловлено формированием у мигрантов кратковременных
фенотипических вариантов гормонального обеспечения метаболизма, а у аборигенного населения Севера формированием «специфического полярного адаптивного метаболического типа» [56, 57, 319]. Все это в конечном итоге предполагает развитие и формирование у северян гормонально-обусловленных заболеваний, что приводит к сокращению репродуктивного и трудоспособного периодов жизни и более раннему биологическому старению [11,12, 24, 89, 91, 95,100,101, 105,157,256].
Для получения объективных данных о степени и характере сокращения резервов эндокринно-метаболического гомеостаза необходим грамотный подход в изучении характера резервов организма, грани между нормой и патологией, степени риска дизадаптационных реакций. С этих позиций использование нагрузочных проб, ярко демонстрирующих реактивность регуляторных систем организма в ответ на стимуляционное воздействие, приобретает научное значение в изучении данного вопроса. В связи с вышеизложенным представляло интерес изучить изменения гормонально-метаболического гомеостаза у жителей европейского Севера в динамике пищевых (углеводная, жировая) и гормональных (рифатироин, синактен) нагрузок в зависимости от периода года. Проведение такого рода исследований позволит дать ответ на ряд вопросов о существующих механизмах сокращения резервов регуляции эндокринно-метаболического гомеостаза и физиологических компенсаторно-приспособительных реакциях у людей, проживающих на Севере, а также выявить изменения не только с позиций внутрисистемной, но и межсистемной регуляции.
До настоящего времени остаются открытыми вопросы эндокринной и метаболической регуляций в условиях нагрузочного тестирования с позиций оценки функциональных резервов гормонального и метаболического обеспечения в зависимости от периода года, степени риска развития пограничных донозологических состояний и степени адаптации к неблагоприятным факторам внешней среды (экологические,
климатогеографические и профессионально обусловленные экстремальные факторы) [130, 226].
В связи с этим полное представление о функциональных резервах эндокринно-метаболического гомеостаза организма можно получить при расширении исследований эндокринных и метаболических показателей, независимо от вида стимуляционной пробы, учитывая системы связывания и транспорта гормонов. Наряду с оценкой эндокринно-метаболического гомеостаза, представляется перспективным исследование функциональных систем организма в условиях нагрузочного тестирования с целью определения особенностей резервных функций организма человека и дальнейшего поиска различных физиологических моделей адаптации человека к экстремальным условиям среды обитания.
Цель исследования: определить резервные возможности эндокринной регуляции метаболических процессов у практически здоровых лиц, родившихся и проживающих на европейском Севере России, в зависимости от периода года.
Задачи исследования:
Выявить физиологические особенности и резервные возможности эндокринной и метаболической регуляции организма в неблагоприятных климатоэкологических условиях Севера в зависимости от широты проживания и различной продолжительности светового дня.
Проанализировать динамику гормональных, метаболических показателей у жителей Севера в условиях жировой нагрузки в зависимости от продолжительности светового дня и изучить резервы эндокринной регуляции в ответ на постпрандиальную гиперлипидемию.
Охарактеризовать резервные возможности эндокринной регуляции метаболических процессов в динамике углеводной нагрузки в зависимости от продолжительности светового дня у жителей европейского Севера.
Оценить динамику гормональных и метаболических показателей у жителей европейского Севера в условиях нагрузки адренокортикотропным гормоном гипофиза (препарат синактен) в зависимости от уровня глюкозы и выявить резервные возможности эндокринной системы у жителей Севера с низким содержанием глюкозы в сыворотке крови.
Изучить резервные возможности эндокринной регуляции у жителей европейского Севера в условиях нагрузочного тестирования рилизинг-фактором тиреотропного гормона гипофиза (препарат рифатироин)
о о
в зависимости от широты проживания (65 - 66 с.ш. и 69 - 70 с.ш.). Положения, выносимые на защиту:
У человека в условиях Севера функциональные резервы эндокринной системы сужены, что обусловлено влиянием комплекса природно-климатических факторов и формированием специфического варианта метаболизма.
Использование нагрузочного тестирования позволило выявить функциональные резервы эндокринной системы и метаболизма у северян и описать особенности гормонально-метаболического профиля в разные периоды года и различной фотопериодике.
Формирование полярного варианта метаболизма у северян сопровождается трансформацией липидного профиля сыворотки периферической крови, обусловленной изменением характера процессов эстерификации холестерина, метаболизма сывороточных аполипопротеинов. В основе этих трансформаций лежит изменение гормонального профиля и смещение приоритетов в процессах синтеза высших жирных кислот и триглицеридов.
4. Проживание на территориях разных географических широт (65 и
70) уроженцев Севера приводит к формированию неодинакового
эндокринно-метаболического гомеостаза, выявляемого в ходе
стандартизованного нагрузочного тестирования, что обусловлено
различиями в действии неизбежных природно-климатических раздражителей.
5. У лиц, родившихся и проживающих на Севере, активность снижения резервных возможностей процесса этерификации холестерина (липидтранспортной системы) и жирового обмена зависит от периода года и низкой реактивности инсулярного аппарата.
Концепция. Неблагоприятная климатоэкологическая ситуация Севера обусловливает сокращение функциональных резервов эндокринной регуляции метаболических процессов, на фоне относительного гиперкортицизма и снижения концентрации инсулина с формированием полярного метаболического типа у постоянного населения и специфического полярного адаптивного метаболического типа у коренных жителей Севера.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное исследование резервных возможностей и механизмов эндокринной регуляции метаболических процессов в зависимости от географической широты проживания, периода года, индекса массы тела и уровня глюкозы в крови у лиц, родившихся и проживающих на европейском Севере.
Проведено также сравнительное исследование резервных возможностей эндокринной системы у населения европейского Севера в
о о
зависимости от географической широты проживания (65 - 66 с.ш. и 69 - 70 с.ш) в условиях нагрузочного тестирования рилизинг-фактором ТТГ (рифатироин). Выявлен различный характер реагирования на стандартизированную нагрузку рифатироином (0,5 мг) у лиц, проживающих на территории различных широт европейского Севера, проявляющийся разной степенью выраженности прироста показателей ТТГ, инсулина, глюкозы. Установлено, что уровень ТТГ у постоянных жителей Севера (65 -66 с.ш.) через 30 минут тестирования превышал исходные значения в 1,2 раза, инсулина - в 1,94 раза и ГЛЮ - в 1,18 раза (р<0,001), а у коренных жителей (69 - 70 с.ш.) - в 7,9 раза на фоне снижения глюкозы в 1,18 раза
(р<0,001), при неизменном уровне лактата и увеличении пирувата в 1,64 раза (р<0,001).
Впервые с помощью нагрузочного тестирования «жировым завтраком» исследованы резервные возможности эндокринной системы и обменных процессов у жителей Севера в зависимости от длительности светового дня. Впервые показано, что контрастная фотопериодика оказывала влияние на резервные возможности эндокринной регуляции метаболизма у жителей Севера при постпрандиальной гиперлипидемии: в период минимального светового дня (декабрь), при изначально низких параметрах насыщенных ЖК, прием «жирового завтрака» вызывал через 9 часов нарастание уровней пальмитиновой, стеариновой и арахиновой жирных кислот на фоне снижения активности инсулярного аппарата поджелудочной железы и коры надпочечников, при компенсаторном увеличении содержания линолевой, пальмитоолеиновой и линоленовой жирных кислот. При продлении времени наблюдения до 24 часов высокие уровни насыщенных жирных кислот сохранялись на фоне низких концентраций инсулина и высоких кортизола, более выражено у лиц с нормальной массой тела. В период максимального светового дня (июнь) при высоком базальном содержании насыщенных жирных кислот через 9, 24 часа установлено повышение резервов пальмитиновой, стеариновой, арахиновой жирных кислот и снижение резервов пальмитоолеиновой, олеиновой, линолевой, эйкозеновой, а также инсулина и кортизола.
Впервые у жителей европейского Севера в условиях углеводной нагрузки выявлена зависимость резервных возможностей эндокринной системы от фотопериода года, в наибольшей степени проявляющаяся в контрастные периоды года - в декабре, в июне. Показано, что у жителей европейского Севера углеводная нагрузка снижала резервы антиатерогенной защиты организма, проявляющейся повышением уровня атерогенных фракций липидов и снижением антиатерогенных фракций; прием глюкозы в
период снижения продолжительности светового дня приводил к дисбалансу колебания уровня глюкозы через 30 минут, в остальные периоды года - через 60 минут. Дисбаланс флюктуации глюкозы сохранялся до конца проведения теста. Наиболее резкие изменения уровня глюкозы в сторону повышения установлены через 120 минут, особенно в контрастные периоды года. Установлено, что в условиях низкой фоновой концентрации глюкозы, пирувата и повышенного уровня лактата прием углеводов в разные периоды года показал наличие более высоких резервных возможностей уровня глюкозы в периоды уменьшения и увеличения продолжительности светового дня. Снижение толерантности к глюкозе в контрастные сезоны года компенсировалось повышением концентрации пирувата у 27,3% лиц, лактата у 52,6% лиц, лактатдегидрогеназы у 62,5% лиц - в декабре и пирувата у 30,43% лиц, лактата у 62,5% лиц - в июне; низкий уровень инсулина и кортизола в контрастные периоды года в динамике теста толерантности к глюкозе компенсировался повышением содержания в сыворотке крови тиреоидных гормонов и тиреотропного гормона. Так, в декабре прием глюкозы приводил к повышению содержания ТТГ в 62,5% случаев, а в октябре, марте - к снижению в 92,3% и 76,9% случаев соответственно. Впервые показано, что запаздывающее увеличение секреции инсулина в динамике теста толерантности к глюкозе можно объяснить компенсаторной активацией биосинтеза инсулина при обеднении его срочных резервов, что обусловило относительную инсулиновую недостаточность. Дополнительным фактором, влияющим на развитие относительной инсулиновой недостаточности, являлся высокий исходный уровень кортизола и недостаточное его снижение в динамике глюкозотолерантного теста, более выраженное в контрастные периоды года.
Впервые выполнено сравнительное исследование резервных возможностей эндокринной системы у северян с физиологическим и низким содержанием глюкозы в крови в условиях нагрузочного тестирования АКТГ
(синактен). Установлено, что при гипогликемии выявлены более высокие исходные уровни тиреоидных гормонов, инсулина и кортизола, а при нормогликемии - щитовидной железы. У лиц с гипогликемией введение синактена приводило к снижению резервов антиатерогенной защиты организма.
Практическая значимость исследования и внедрения. Полученные данные расширяют общие представления о функциональной лабильности процессов гормонального обеспечения метаболических процессов при адаптации к комплексу специфических климатогеографических факторов Севера. Полученные результаты показывают теоретическую возможность коррекции физиологических адаптационных реакций с целью поддержания стойкого состояния здоровья у северян. Полученные материалы исследования расширяют представления о влиянии пищевых компонентов (жир, глюкоза) на гормонально-метаболический гомеостаз в разные периоды года и вносят дополнительные данные в расшифровку биохимических механизмов и изменений гормонального баланса. Выявленные особенности функционального состояния эндокринной системы в динамике пищевых нагрузок могут быть использованы для разработки программ разгрузочной диетической терапии обменных заболеваний, связанных с метаболическими нарушениями. Полученные в работе данные о сокращении резервных возможностей эндокринной системы северян важны в связи с формированием Северного законодательства и районированием северных территорий для научного обоснования дополнительных льгот и компенсаций.
Материалы диссертации предложены для использования в Архангельских областных программах «Профилактика и лечение артериальной гипертонии в Архангельской области», «Дети Севера», «Сахарный диабет», для разработки критериев адаптированное как региональных вариантов норм с учетом широты проживания и периода года. Результаты исследования включены в учебный процесс на кафедре
биомедицинской химии СГМУ (акт внедрения от 06.02.2006 г.); на кафедре нормальной физиологии Коми филиала Кировской государственной медицинской академии (акт внедрения 17.02.2006 г.); в практическую деятельность врачей-эндокринологов Архангельской 1 - городской клинической больницы для дифференциальной диагностики и назначений лечебных и профилактических мероприятий (акт внедрения от 20.01.2006 г.).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексным планом НИР Института физиологии природных адаптации УрО РАН (регистрационный № 01.2.00101811). Все гормональные и метаболические исследования проведены на базе отдела экологической эндокринологии Института физиологии природных адаптации УрО РАН. Исследование проведено при финансовой поддержке грантов администрации Архангельской области 2001, № 06 - 19/33; РФФИ 2002 - 2004, №02 - 04 -97510; интеграционного проекта фундаментальных исследований, выполняемых совместно с учеными ДВО и УрО РАН (2005 - 2006); по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» (2004 - 2006).
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на научных семинарах Института физиологии природных адаптации УрО РАН (1993 - 2006);.Международной конференции «Женщины Севера и их роль в современных социальных условиях», Архангельск, 1998; 3-м Всероссийском симпозиуме «Физиологические механизмы природных адаптации», Иваново, 1999; Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии», Архангельск, 1999; научной конференции «Механизмы формирования здоровья человека на Севере», Красноярск, 1999; X Всероссийской конференции «Медицинская география на пороге XXI века», Санкт-Петербург, 1999; рабочем совещании в Институте коммунальной медицины г.Тромсе, 1998; Российской конференции «Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита
человека в экстремальных условиях», Москва, 2000; Всероссийской
конференции с международным участием «Проблемы экологии человека»,
Архангельск, 2000; XVIII съезде физиологического общества им. И.П.
Павлова, Казань. 2001; Российской конференции «Актуальные проблемы
экологической физиологии человека на Севере», Сыктывкар, 2001;
Российской конференции «Север-человек: проблемы сохранения здоровья»,
Красноярск, 2001; Международной конференции «Механизмы
функционирования висцеральных систем», Санкт-Петербург, 2001;
Российской конференции «Вопросы сохранения и развития здоровья
населения Севера и Сибири», Красноярск, 2002; Международной
конференции «Экология северных территорий. Проблемы, прогноз ситуации,
пути развития, решения», Архангельск, 2002; симпозиуме с международным
участием «Актуальные проблемы адаптации к природным и экосоциальным
условиям среды», Ульяновск, 2002; Международной конференции «Город в
Заполярье и окружающая среда», Воркута, 2003; Международной научной
конференции «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и
Сибири», Красноярск, 2003; Молодежной международной конференции
«Экология 2003», Архангельск, 2003; Российском симпозиуме «Проблемы
адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера»,
Сыктывкар, 2004; VII Всероссийской медико-биологической конференции
молодых исследователей «Человек и его здоровье», Санкт-Петербург, 2004;
Всероссийской научной конференции «Современное состояние и приоритеты
развития фундаментальных исследований в регионах», Краснодар, 2004; VII
Всероссийской медико-биологической конференции молодых
исследователей, Санкт-Петербург, 2004; Международной конференции «Физиология развития человека», Москва, 2004; Международной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере», Сургут, 2004; Международной конференции «Физиология развития человека», Москва, 2004; Международном
междисциплинарном конгрессе «Прогресс в фундаментальных и прикладных науках для здоровья человека», Судак, 2004; Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека», Архангельск, 2004; Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека», Архангельск, 2004; II симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера», Сыктывкар, 2004; Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека», Архангельск, 2004; XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, Екатеринбург, 2004; V сибирском физиологическом съезде, Томск, 2005; 2-й Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы здоровья и среды обитания современного человека», г. Ульяновск, 2005; I съезде физиологов СНГ, Сочи, Дагомыс, 2005; ежегодной научно-практической конференции «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и Сибири», г. Красноярск, 2005.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 68 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 371 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 5 глав, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, практических рекомендаций, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа содержит 29 таблиц, 35 рисунков, 24 приложения. Библиофафия состоит из 388 источников, в том числе 262 отечественных и 126 зарубежных.
Основные представления о резервных возможностях и адаптивных реакциях у человека на Севере
Способность к уравновешиванию со средой, или его адаптационные возможности, являются одной из важнейших особенностей живой системы. К настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе накоплены многочисленные факты по различным аспектам адаптивных реакций организма человека на Севере [1, 2,4, 5, 6, 7, 8, 88]. Большой вклад внес Г.М. Данишевскии, который на основе многочисленных исследований в условиях Севера разработал определенную схему динамики адаптационного процесса, условно выделив три фазы: I - начальную фазу акклиматизации; II - фазу перестройки динамического стереотипа; III - фазу устойчивой акклиматизации [95]. Близкими по своему принципу является ряд других классификаций адаптационного процесса [77, 97]. Важно то, что все авторы непрерывный процесс адаптации разделяют на отдельные, последовательно сменяющие друг друга стадии. Это свидетельствует о том, что полная адаптация организма к новым условиям является сложным, динамическим процессом. В формировании последнего участвуют различные компенсаторно-приспособительные механизмы, как врожденные, так и приобретенные, требующие для своего развития довольно длительного времени.
Важнейший вклад в понимание принципов динамической системной организации приспособительных действий организма внес А.А. Ухтомский, выдвинувший принцип доминанты как функционального "рабочего органа", определяющего адекватное реагирование организма. Доминанта, по А.А. Ухтомскому, представляет собой объединенную единством действия констелляцию нервных центров, элементы которой могут быть топографически достаточно широко разнесены и при этом объединены на единый ритм работы. Касаясь механизма, лежащего в основе доминанты, А.А. Ухтомский обращает внимание на тот факт, что нормальная деятельность опирается не на раз и навсегда определенную и поэтапную "функциональную статистику различных локусов" как носителей отдельных функций, а на непрерывную интерцентральную динамику возбуждений на разных уровнях: кортикальном, субкортикальном, медуллярном, спинальном. Тем самым подчеркивается пластичность, значимость пространственно-временного фактора функциональных объединений, обеспечивающих адаптивные реакции организма.
А.Д. Слоним писал, что "под адаптацией следует понимать совокупность физиологических изменений (в том числе и регуляций), лежащих в основе уравновешения организма с условиями среды [195], и сам термин идентичен понятию "приспособление". В своих работах автор выделил несколько групп адаптации. Первая - индивидуальные адаптации, возникающие в процессе жизни отдельного организма под влиянием условий среды. Этот вид адаптации включает в себя образование отдельных условных рефлексов, изменение гормональных и тканевых процессов. Изменения, относящиеся к данной группе, носят временный характер и являются обратимыми. Вторая группа - популяционные адаптации, возникающие в процессе формирования популяции в данных условиях среды. От индивидуальной адаптации они отличаются более длительным воздействием факторов, как в пре-, так и в постнатальном развитии.
Важно также учитывать, что процесс адаптации связан с неодинаковой биологической значимостью различных функциональных систем организма. При экстремальных воздействиях на человека они изменяются различным образом в зависимости от того, какую роль играет каждая из них в общей приспособительной реакции. Адаптация основана на согласованных реакциях отдельных органов и систем, которые изменяются хотя и неодинаково, но в целом обеспечивают оптимальное функционирование целостного организма.
Предложенная Ф.З. Меерсоном [1981] концепция фенотипической адаптации предусматривает стадийность процесса перехода начальной срочной, но несовершенной адаптации в стадию совершенной долговременной адаптации [151, 152, 153, 154]. В целом первая стадия срочной адаптации, по Ф.З. Меерсону, характеризуется мобилизацией механизмов, которые структурно еще не обеспечены. На второй стадии увеличивается мощность системы, специфически ответственной за приспособление, и постепенно уменьшается стресс-синдром. Третья стадия -сформировавшейся долговременной адаптации - определяется наличием системного структурного следа, являющегося стратегией адаптации, занимает определенное время.
Особое внимание в литературе обращается на стадийность адаптивных процессов у приезжих на Север. Однако длительность этого процесса у разных авторов отличается. В.П. Казначеев считает, что этот процесс длится около шести месяцев. Существует мнение, что для стабилизации функциональных систем требуется год. Приводятся и более длительные сроки [114, 109, 146, 155]. В частности, есть мнение, что адаптация респираторной системы у жителей Северо-востока достигается через 10-11 лет. Согласно предложенной В.П. Казначеевым классификации, после периода дезорганизации наступает стадия стабилизации и синхронизации регуляторных и гомеостатических процессов, которая, по мнению автора, продолжается 10-15 лет и характеризуется усилением функционирования и напряжением ряда регуляторных систем. Это напряжение в конечном итоге приводит к истощению резервных возможностей организма и заканчивается проявлением различных заболеваний [4, 36, 45, 173, 175, 183, 201, 202, 212, 217]. Резервные возможности нужны человеку в экстремальных и стрессовых ситуациях, которыми являются и болезнь, и старость. О раннем сокращении резервов у человека на Севере свидетельствуют более высокий уровень заболеваемости, высокая частота распространенности дефектов защиты организма и связанных с ними заболеваний, значительное омоложение ряда болезней [12, 18, 35, 43, 45, 154, 223, 100, 257, 262, 213, 221, 222, 223]. Уровни некоторых нозологических форм болезней, формирование которых наиболее тесно связано с неблагоприятным климатом, четко демонстрируют разницу в зависимости от степени дискомфортности (так обстоит дело с уровнями заболеваемости рахитом, миопией, железо-дефицитной анемией). Для других заболеваний, в возникновении которых иные факторы оказывают более существенное влияние, указанная зависимость менее выражена, но все-таки видна (например, распространенность сахарного диабета, атеросклероза) [20,22,23, 25, 87, 258]. Четко демонстрируют степень дискомфортности такие объективные параметры, как распространенность снижения антиатерогенных фракций липидов и повышенных концентраций фракций сывороточного холестерина (как признака сокращения резерва антиатерогенной защиты) [32, 34, 53, 54, 56, 123,150,166,167, 223].
Состояние эндокринных и метаболических процессов организма жителей Севера
История обитания человека на Севере насчитывает несколько тысячелетий [143]. Вместе с тем проблемы жизнеобеспечения организма в этих условиях с учетом особенностей жизнедеятельности все еще далеки как от своего практического решения, так и во многом от теоретического осмысления. Ситуация в значительной степени осложняется из-за Г существования ряда объективных причин и субъективных и иных факторов, значительно затрудняющих как интерпретацию полученных результатов, так и собственно проведение исследований в этих условиях. Согласно рекомендации Женевской конференции 1964 г., территории, лежащие севернее 6633 северной широты, обозначают термином "высокие широты". По площади Север занимает примерно 65% от общей территории Российской Федерации [3,141]. С медико-биологической точки зрения имеется множество факторов, способных оказать неблагоприятное воздействие на организм человека в условиях Севера. Прежде всего, это, несомненно, холодовой фактор, который усугубляется ветром и влажностью воздуха. Действие этого раздражителя в целом наиболее понятно. Вместе с тем использование защитных свойств одежды приводит к тому, что реально эффект холодового воздействия оказывается в значительной степени минимизированным, особенно для людей, проводящих большую часть времени в помещении. Тем не менее, полностью избежать влияния холода на Севере невозможно -остаются незащищенными открытые части тела, человек вдыхает холодный воздух, что в той или иной степени отражается на состоянии внутренней среды организма. Кроме того, установлены факты влияния контрастной фотопериодики на организм человека на Севере [52, 126, 129, 183, 373, 319, 374, 375, 375]. Влияние светового фактора чаще связывают с трансформацией гормонального профиля у северян и с соответствующими метаболическими реакциями, а также изменениями в психическом и психофизиологическом статусе.
Получил свое подтверждение факт негативного влияния гелиомагнитных факторов на человека в высоких широтах [199, 242]. К космическим факторам относят потоки элементарных частиц высоких энергий. Одни заряженные элементарные частицы захватываются магнитными полями и отталкиваются в сторону полюсов и ночного неба, другие поглощаются атмосферой или проникают через нее. В приполярных районах Земли действие солнечной активности и других космических факторов опосредуется через геомагнитное поле, имеющее в этих регионах ряд особенностей. Интенсивность общей космической радиации в целом зависит от широтных, метеорологических, ландшафтных и сезонных условий. Годовая доза природных источников в умеренных широтах всреднем 28 мбэр в год, выше 60 с.ш. - 35 мбэр в год. Существует достаточно аргументированное предположение, что большие перепады атмосферного давления, характерные для Севера, а также колебания геомагнитного поля могут существенно отягощать протекание имеющейся патологии или способствовать развитию метеопатии [242]. На физиологические процессы в организме человека на Севере оказывает влияние своеобразие диеты и микроэлементарный состав воды. В определенной степени для этих территорий характерно однообразие диеты - как в связи с лимитом местных видов продовольствия, так и по причине трудностей, связанных с завозом недостающих продуктов на большие расстояния, что также не способствует разнообразию рациона [173]. Еще одна особенность - необходимость длительного хранения части продуктов в связи с ограниченностью сроков их возможной доставки с «материка». Вместе с тем пищевая ценность некоторых видов местных продуктов, традиционно используемых в пищу северянами, не может быть заменена привозными продуктами, что представляет большую практическую проблему.
Предполагается, что бедность окружающего ландшафта и отсутствие ярких цветов большую часть года также сказываются на психологическом статусе северян. В литературе обсуждается и ряд других неблагоприятных природно-климатических составляющих, влияющих на организм человека на Севере. Ряд авторов склоны считать ведущим климатическим фактором температурный [244]. Однако в настоящее время большинство исследователей считают, что в той или иной мере имеет место комплексный эффект всех составляющих климата Севера [7,111,164, 173,228,242, 319].
Учитывая непрерывный характер воздействия на организм человека в условиях Севера многочисленных раздражителей, возникла необходимость выделить отдельные группы населения, каждая из которых отличалась спецификой в характере адаптивных перестроек в организме. Прежде всего, имеется в виду коренное (уроженцы) и пришлое население Севера, хотя и эти группы оказываются в свою очередь весьма неоднородными [173, 188, 258]. Среди коренного населения высоких широт выделяют представителей малочисленных народностей (их в России более 20), с чем согласны большинство исследователей и в названии которых употребляемым стал термин «аборигены Севера». Вместе с тем, в настоящее время в связи с большим числом межнациональных браков для некоторых этносов возникает проблема идентификации. Таким образом, генетическая чистота многих популяций аборигенного населения Севера к концу XX столетия находилась под вопросом. Кроме того, имеются большие группы коренного населения Севера, которые по ряду причин не были включены в перечень малочисленных народностей. За этими группами закрепилось в отечественной литературе наименование «большие северные народы» -коми, якуты [2, 173].
Отдельную группу коренного населения Севера составляют потомки переселенцев, мигрантов - т.е. лица, родившиеся на Севере, их условно называют" постоянные местные русские" [173, 188, 258]. К этим группам в первую очередь относятся жители европейского Севера России - поморы Архангельской области и усть-цилемы Республики Коми. Среди приезжих на Север в литературе принято выделять группы в соответствии со сроком проживания в высоких широтах [111, 164]. Подобная классификация вытекает из того, что адаптивные реакции в этих группах населения принципиально различаются, поскольку лица, родившиеся на Севере, имеют в разной степени выраженные признаки адаптированности к его специфике, закрепленные на генетическом уровне. Активное освоение высоких широт в России обусловило активную миграцию населения на Север и стимулировало активное исследование этих контингентов, чем и объясняется приоритет отечественных исследователей в этой области [134].
Полярный адаптивный метаболический тип
Сформулированная Л.Е. Паниным концепция о формировании «полярного метаболического типа» в настоящее время нашла свое подтверждение и является во многом основополагающей. Основные положения этой концепции с позиции тканевого метаболизма связаны с комплексной перестройкой гормональной регуляции и метаболического профиля у человека на Севере, активным использованием липидных энергоносителей (особенно в определенные периоды года), а также аминокислот на трофические цели, уменьшении доли углеводов как энергетических субстратов, изменении потребности в водорастворимых и жирорастворимых витаминах.
В то же время, следует учитывать многообразие природно-климатических условий Севера, полиэтничность коренного населения, разный северный стаж мигрантов, различные циркумполярные регионы, что также существенно отражаются на характере метаболизма. В целом понятно, что проживание человека на Севере вызывает закономерные перестройки в обмене веществ, но характер последних может варьировать в зависимости от изложенных причин.
Считается, что формирование особого варианта метаболизма в условиях Севера обусловлено двумя основными причинами: первая - связана с переходом организма человека на новый уровень энергообеспечения; вторая - с сезонными перестройками обмена в связи с годовой цикличностью экстремальных природно-климатических факторов, а переход организма в условиях Севера на новый уровень энергетики проявляется в том, что ряд метаболических индексов приближаются, или выходят за лимиты общепринятых нормативов.
Развивая положение Л.Е. Панина, нами была высказана идея о том, что у аборигенного населения Севера (адаптированного) сформировался вариант метаболизма, соответствующий условиям проживания, который мы предложили называть «полярный адаптивный метаболический тип». Причем, учитывая, что среди коренного населения Севера не все этносы имеют достаточно длительный исторический стаж проживания в этом регионе, мы полагаем необходимым в выделении черт «полярного адаптивного метаболического типа» ориентироваться именно на особенности метаболизма присущие древнейшим этносам Севера. Таких этносов немного - ненцы, чукчи, эскимосы, юкагиры, саамы, ряд других, что позволяет выделить конкретные особенности метаболизма в этих группах.
Учитывая, что у мигрантов на Севере на разных сроках «северного стажа» имеет место формирование различных «кратковременных фенотипических вариантов метаболизма», то и в этой группе северян могут в определенные моменты наблюдаться общие черты в метаболизме (в функционировании отдельных гормональных звеньев и метаболических путей) с коренными адаптированными к Северу этносами. Однако, для мигрантов это состояние временное, и через определенное время возможности организма истощаются, и физиологические трансформации у них переходят в патологические [57,167].
Перечисляя признаки, присущие «полярному адаптивному метаболическому типу» можно отметить, что для жителей Севера характерны несколько ведущих признаков. Прежде всего, необходимо отметить склонность к развитию гипогликемии без клинических проявлений (сходное явление имеет место при голодании). В основе этого явления лежит изменение баланса в системе инсулин/контринсулярные гормоны, изменение инсулярной рецепции, сниженная эффективность глюконеогенеза. Сопутствующими признаками являются понижение популяционных уровней сывороточного пирувата и сравнительно легкий «выход» за пределы среднеширотных нормативов содержание сывороточного лактата. Для аборигенного населения Севера характерной чертой обмена липидов является в целом невысокое среднегодовое содержание пула общих сывороточных липидов.
Липидный профиль характеризуется сбалансированными в течение года флюктуациями показателей общего сывороточного холестерина с одной стороны, и холестерина ЛПВП с другой. Для адаптированных к северу этносов типично повышение доли этерифицированного холестерина в общей фракции сывороточного холестерина. Уровень триглицеридов в целом невысок, и отличается достаточной стабильностью, тогда как показатели свободных жирных кислот могут превышать лимиты норматива. Адаптивные трансформации фосфолипидного профиля проявляются в повышении доли сфингомиелина. Понижение содержания фосфатидилхолина в крови северян носит, вероятно, компенсаторный характер. Активизация процессов ПОЛ у северян, особенно в зимнее время года объективно повышает потребность в обеспечении естественными антиоксидантами, в первую очередь витаминами А и Е, а также В2 [41, 133, 135]. В целом именно усиление липидного обмена лежит в основе формирования «полярного адаптивного метаболического типа» присущего северянам [169]. Вместе с тем, экономное и оптимальное обеспечение тканевого гомеостаза, а также элементы поведенческой адаптации на уровне целостного организма приводят к формированию оптимального липидного профиля у аборигенного населения (если рассматривать вариант без урбанизированных и социальных наслоений). Важным элементом метаболизма у аборигенного населения является активизация использования белков как энергоносителей (связанная с характером питания). В то же время, отчетливые сезонные колебания уровня мочевины предполагают наличие соответствующих перестроек функционирования ряда тканевых метаболических путей (гормональнозависимых). Учитывая особенности синтеза мочевины [293], можно предполагать, что гормональные воздействия отражаются на активности митохондриального фермента карбомоилфосфатсинтетазы. В любом случае сезонные колебания уровня мочевины в крови не связаны с характером питания и являются универсальной особенностью, присущей «полярному адаптивному метаболическому типу». Фактически у человека на Севере для каждого периода года характерен свой особый метаболический профиль, и своя специфическая структура гормональной регуляции в связи своздействием природно-климатических раздражителей. В течение года несколько раз происходят своеобразные «переключения метаболизма», связанные с изменениями приоритетов на тканевом уровне, относительно утилизируемых энергетических субстратов. Ключевыми точками служат так называемые «переходные периоды» года - ориентировочно март и октябрь [52, 57]. Именно в это время происходит смена приоритетов в утилизации разных классов энергоносителей, а своеобразным «метаболическим шлейфом» таких реакций служит изменение баланса в сыворотке крови таких метаболитов как мочевина, лактат, глюкоза. Вместе с тем, фундаментальной особенностью у человека на Севере является повышение базального уровня метаболизма в холодное время года, особенно в мышечной ткани, маркером которых является повышение уровня сывороточного креатинина (конечного метаболита). Кроме того, в условиях Севера зачастую наблюдается определенное запаздывание реакции на внешние раздражители со стороны эндокринной системы у мигрантов, что обусловлено общим напряжением межгормональных взаимоотношений у мигрантов. В то же время, у аборигенов Севера, такого рода реакции носят достаточно своевременный характер. Рассматривая процесс адаптации человека в северных регионах, следует особо подчеркнуть постепенность приобретаемых адаптивных признаков, что удается проследить и на метаболическом уровне. Таким образом, формирование физиологического «полярного адаптивного метаболического типа» занимает длительное время, превышающее продолжительность жизни индивида, и происходит на протяжении ряда поколений
Сезонные изменения и резервные возможности основных показателей углеводного, липидного, жирового обменов и гормонов у жителей европейского Севера с различным индексом массы тела в условиях «жирового завтрака»
Природно-климатические экстремальные факторы Крайнего Севера разнообразны. В этих условиях воздействие на организм всегда комплексное, и проживая на Севере, человек подвергается действию не только низкой температуры, но и изменению светового режима, пищевого статуса, сезонным вариациям других естественных факторов. Первая острая адаптация при переезде на Север знаменуется несбалансированным сочетанием в частности теплопродукции и теплоотдачи. Под влиянием относительно быстро устанавливающихся регуляторных механизмов развиваются стойкие изменения теплопродукции, являющиеся приспособительными для выживания в новых условиях. Показано, что после аварийной стадии наступает стойкая адаптация благодаря изменениям, в том числе в ферментативных антиоксидантных системах. Речь идет об усилении липидного обмена, который необходим организму для интенсификации энергетических процессов. Известно, что повышение активности липидного обмена в дискомфортных условиях Севера выгодно организму для увеличения энергетических процессов [1, 5, 7, 8, 10, 67, 77, 111, 127, 170, 346]. Терморегуляция организма, поддерживающая температурный режим, обеспечивается сбалансированными процессами теплопродукции и теплоотдачи. Источниками теплопродукции являются жиры. На севере наблюдается повышение уровня основного обмена, т.е. увеличением теплопродукции на 20 - 30% зимой и 15 - 20% летом. Этому способствует повышенная калорийность пищевого рациона на севере минимум на 500 калорий. Установлено также, что с увеличением теплопродукции повышается и теплоотдача благодаря более высокой температуре кожи особенно лица и кистей рук. Указанное явление объясняется ускорением кровотока, что обеспечивает более высокую устойчивость к охлаждению данных участков кожи. Ускоренный кровоток через конечности у жителей Севера биологически в высшей степени целесообразен. Если бы в ответ на действие низких температур срабатывало обычное для жителей средних климатических зон рефлекторное сужение сосудов, то неминуемо наступало отморожение [141]. Подобные теплопотери восполняются на севере за счет повышения общего уровня теплопродукции за счет липидов (жиров).
Исследование изменений гормонов и метаболических показателей в сыворотке крови в динамике «жирового завтрака» проводилось у женщин добровольцев города Архангельска. Возраст женщин варьировал от 27 до 38 лет. Обследование проводилось в контрастные периоды года: декабрь, июнь и в переходные периоды года: март, октябрь. Учитывая, что у лиц с разной массой тела характер гормонально-метаболического гомеостаза различается, проведено обследование антропометрических показателей (табл. 13).
Для установления избыточного накопления жировой ткани вычислялся индекс массы тела (ИМТ), индекс талия/бедро (ИТБ), оптическая плотность тела (ОПТ). Лица с индексом массы тела не более 24 кг/м отнесены к первой группе, лица с массой тела более 25 кг/м - ко второй группе. Антропологический показатель ИМТ в современных научно-исследовательских работах признается целесообразным, так как сильно коррелирует с общим количеством жира в организме (г=+0,84 - 0,91) и минимально - с ростом человека (г=+0,03) [219, 259]. Для диагностики абдоминального ожирения в научных исследованиях используется антропометрический показатель - ИТБ. Принято, что значения индекса талия/бедро у женщин более 0,8 свидетельствует о наличии абдоминального ожирения.
После приема пищи, содержащей жиры, развивается физиологическая гипертриглицеролемия и, соответственно, гиперхиломикронемия, которая может продолжаться до нескольких часов. Скорость удаления хиломикронов (ХМ) из кровотока зависит от активности ЛП-липазы; присутствия ЛПВП, поставляющих апопротеины; активности переноса апопротеинов на ХМ [214, 215]. Жирные кислоты - структурные компоненты различных липидов. В составе триацилглицеролов жирные кислоты выполняют функцию депонирования энергии, так как их радикалы содержат богатые энергией СН2-группы. При окислении СН-связей энергии выделяется больше, чем при окислении углеводов, в которых атомы углерода уже частично окислены (-НСОН-). Жирные кислоты влияют на функциональное состояние тромбоцитов, полиморфно-ядерных лейкоцитов, моноцитов и вязко-текучие свойства крови. В составе фосфолипидов и сфинголипидов жирные кислоты образуют внутренний гидрофобный слой мембран, определяя его свойства. Установлено, что при дефиците или избытке линолевой жирной кислоты, а особенно линоленовой, нарушено соотношение важнейших предшественников простогладинов, связанное с нарушением целостности биомембраны. Большинство жирных кислот в организме содержат четное число атомов углерода - от 16 до 20. Жирные кислоты, не содержащие двойных связей, называют насыщенными. Основной насыщенной жирной кислотой в липидах человека является пальмитиновая (до 30 - 35%). Жирные кислоты, содержащие двойные связи, называют ненасыщенными
