Сезонные изменения метаболизма коренных жителей Тывы

Полный текст

Организм человека на протяжении всей жизни постоянно подвергается воздействию окружающей среды, имеющей в каждом регионе свои отличия, которые обусловлены влиянием природно-географических, климатометеорологических, социальных и других факторов. Известно, что в районах Сибири и Крайнего Севера на весь многообразный комплекс отрицательных социально-экономических факторов накладываются еще и экстремальные природноклиматические условия проживания, вызывающие у значительной части населения экологически обусловленный стресс [1, 14, 17]. Одним из таких районов является Республика Тыва. По вычисленному нами показателю биоклиматического индекса она относится к некомпенсируемому дискомфортному району. Показатели смертности в трудоспособном возрасте в Республике Тыва превышают аналогичные показатели в субъектах Российской Федерации (РФ) с благоприятными климатогеографическими условиями (Ставропольский край, Белгородская область, Республика Татарстан, Калмыкия) на 73 %. К тому же республика приравнена к территории Крайнего Севера [10]. Положение Тывы в центре Азиатского материка, удаленность от океанов и обрамленность с запада, севера и востока высокими горными хребтами определяют ее главные климатические особенности - резкую континентальность со значительными колебаниями абсолютных и суточных температур и малое количество атмосферных осадков. Температурный режим отличается резкой контрастностью: зимой до минус 50-58, летом до плюс 32-39 °С, как и атмосферное давление, которое к тому же снижено из-за приподнятости территории над уровнем моря [3]. В свое время, Т.И. Алексеевой было отмечено, что термические условия самого жаркого и самого холодного месяцев континентальной зоны Сибири таковы, что требуют от человека более совершенной холодовой адаптации, чем Арктика [2]. Новые факты об изменчивости функций организма человека в различных экологических условиях позволят расширить представления о возможных пределах этой изменчивости и ее направленности [15]. Для оценки резервных возможностей организма, с физиологической точки зрения, важным является изучение функционального состояния, степени активации и напряженности психофизиологических, эндокринных и метаболических процессов у практически здоровых людей [6, 18]. Биохимические же показатели крови отражают функциональное состояние некоторых органов и гуморальных систем 20 Экология человека 2015.03 Экологическая физиология регуляции, учитывая, что эндокринно-метаболический гомеостаз является одним из наиболее чувствительных приспособительных механизмов к изменениям как внутренней, так и внешней окружающей среды [4, 5, 8]. Такие перестройки метаболизма связаны с изменением на тканевом уровне относительно утилизируемых субстратов. Ключевыми точками при этом служат переходные периоды года - март, октябрь. Именно в это время происходит смена приоритетов в утилизации разных классов энергоносителей [4]. Однако в имеющейся литературе практически не отражены физиологические особенности перестройки гомеостаза в переходные сезоны года. Кроме того, одной из труднейших задач является установление критериев и границ регионального варианта нормы физиологических показателей, зависящих от сезона года [5]. Цель исследования: определение особенностей метаболизма и уровня выраженности стресс-реакции в весенний и осенний сезоны года у коренных жителей Сибири. Методы В г. Кызыле были обследованы практически здоровые студенты Тувинского государственного университета коренной национальности обоих полов, средний возраст (20 ± 0,4) года. Обследование проводилось в осенний (октябрь) и весенний (март) периоды 2008 года. Всего в октябре обследовано 92 человека, из них 73 девушки и 19 юношей. В марте - 69 человек, из них 41 девушка и 28 юношей. Обследование студентов проведено с письменного информированного согласия на проведение обследования, соответствующего этическим стандартам Хельсинкской декларации Всемирной ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» (2000) и Правилам клинической практики в РФ, утвержденным Приказом Минздрава РФ № 266 (2003). От каждого обследованного человека получено информированное согласие на использование материалов в научных обобщениях. О величине психоэмоционального стресса судили по уровню психоэмоционального напряжения (ПЭН) и другим психофизиологическим характеристикам. Для определения выраженности психоэмоционального стресса использованы психотесты Спилбергера - Ханина и Люшера. Оценку «биологического» времени проводили с использованием теста определения точности субъективного восприятия и воспроизведения временных интервалов (тест индивидуальной минуты). Степень синхронизации эндогенных и экзогенных ритмов (десинхроноз), выраженность дизадаптивных и патологических состояний определяли с помощью компьютерной программы «СКРИНМЕД» (номер гос. регистрации в РосНИИАПО - 970035 от 29.01.1997 г.). Содержание гормонов в сыворотке крови определялось радио-иммунным методом с использованием коммерческих наборов. Биохимические параметры определялись с использованием стандартизованных наборов на биохи мическом анализаторе Sapphire-400. Использовались реактивы ЗАО «Вектор-Бест». Анализ проводился в лаборатории иммуноферментного анализа гормонов и онкомаркеров НИИСД ЗАО «Вектор-Бест». Для статистической обработки использовали статистический пакет программ Statistica-10.0. Корреляционный анализ проводился по критериям Пирсона, Крускала - Уоллеса, Манна - Уитни, парному t-критерию Стьюдента для независимых выборок, достоверность устанавливалась при значении р < 0,05. Результаты Полученные данные (таблица) свидетельствуют о значимом увеличении уровня кортизола в крови юношей и девушек тувинцев в октябре - ноябре (вход в зиму) по сравнению с мартом (начало весны). При этом у юношей и девушек в октябре по сравнению с мартом были выше показатели, отражающие вместе с уровнем кортизола в крови степень выраженности стресса (психоэмоциональное напряжение на 26,3 %; уровень метеореакции на 11,5 % и на 68,7 % - степень выраженности десинхроноза). Сезонные изменения белкового и липидного обмена, активности аминотрансфераз, гамма-глутамилтранспептидазы и гормонов в периферической крови у тувинских юношей и девушек Показатель Пол Сезон года Значимость различий Весна (март) Осень (октябрь) Общий белок, г/л Юноши Девушки 76,6±0,9 79,1±0,7 ,2 ,5 1, 0, + 1 +1 ,0 ,9 5, 2, С- с- = 0,299 < 0,001 Мочевина, ммоль/л Юноши Девушки 3, 4, 99 1+ 1+ ,, 4,4±0,2 4,3±0,1 = 0,046 = 0,013 Холестерин о., ммоль/л Юноши Девушки 4,4±0,1 4,5±0,1 4,0±0,1 4,2±0,1 = 0,013 = 0,046 Триглицериды, ммоль/л Юноши Девушки 1,21±0,09 1,01±0,07 94 ,0 ,0 0, 0, + 1 +1 21 ,0 ,9 1, 0, = 0,193 = 0,245 АЛТ, Ед/лх0,017 Юноши Девушки ,9 ,8 0, 0, + 1 +1 ,6 ,0 5, 0, ,6 ,5 1, 0, + 1 +1 ,0 ,1 6, 2, = 0,531 = 0,046 АСТ, Ед/лх0,017 Юноши Девушки ,9 ,6 0, 0, + 1 +1 ,2 ,6 3, 1, 22 ,6 ,5 1, 0, + 1 +1 ,8 ,4 6, 0, 22 = 0,060 = 0,182 гГТ, мЕ Юноши Девушки ,9 ,9 0, 0, + 1 +1 ,4 ,1 0, 1, 21 22,7±2,7 14,1±0,5 = 0,374 = 0,013 Кортизол, нмоль/л Юноши Девушки 371,6±21,1 316,1±20,1 584,6±39,8 578,8±25,4 < 0,001 < 0,001 Т3, нмоль/л Юноши Девушки 1,82±0,04 1,84±0,05 1,9±0,1 2,1±0,1 = 0,371 = 0,046 Т4, нмоль/л Юноши Девушки ,3 ,8 3, 2, ±± СО 3, 8, 01 ,3 ,8 5, 2, ±± 1, 5, 01 = 0,500 = 0,382 Глюкоза, ммоль/л Юноши Девушки 5,3±0,1 4,9±0,1 4, 4, 45 1+ 1 + ,, < 0,001 = 0,003 По результатам анализа содержание общего белка в сыворотке крови у юношей не имело значимых различий, а у девушек в марте было больше на 7,8 % (р < 0,001) по сравнению с октябрем. Среднее содержание мочевины в сыворотке крови обследованных студентов в марте и октябре значимо изменялось и было ближе к минимальным значениям. По утверждению Е. Р. Бойко, содержание мочевины 21 Экологическая физиология Экология человека 2015.03 в крови жителей Севера в марте, апреле и октябре понижено, что автор относит к феномену признаков, типичных для «полярного адаптивного метаболического типа» [5]. Среднее содержание общего холестерина в периферической крови значимо снижалось в октябре по сравнению с мартом, однако не превышало нормы. По данным литературы известно, что повышение температуры среды до значений, близких к 0 °С, приводит к значимому понижению содержания общего холестерина в периферической крови жителей Севера [14]. В нашем случае несколько более высокие значения данного показателя в марте можно объяснить относительно низкой температурой в марте 2008 года, когда она варьировала от -12 до -2 °С по сравнению с октябрем, когда были отмечены показания от +11 до +2 °С, что, вероятно, оказывает влияние на сроки перестройки метаболизма в организме человека в данных климатических условиях. Именно об этом переключении метаболизма на белково-жировой тип может говорить уменьшение уровня белков, холестерина, триглицеридов в сыворотке крови у обследованных студентов в октябре по сравнению с мартом. Скорее всего, с особенностями активации белково-жирового обмена в климатических условиях Тывы связано и обнаруженное нами ранее снижение содержания глюкозы в крови коренных жителей Тывы по сравнению с жителями Новосибирска [12]. В настоящем исследовании было определено значимое снижение (p < 0,001) на 13,5 % у юношей и на 9,6 % у девушек содержания глюкозы в октябре по сравнению с мартом. Похожее снижение уровня глюкозы в периферической крови северян ряд исследователей связывают со снижением температуры окружающей среды [11, 13]. По мнению Т.И. Кочан с соавт. [11], это явление связано с усилением интенсивности анаэробного гликолиза и повышением утилизации глюкозы в процессах, способствующих резервированию жиров. Корреляционный анализ наших данных показывает, что, если в марте зависимость уровня глюкозы в крови от концентрации кортизола была положительной (r = 0,24; p = 0,041), то в октябре она становится отрицательной (r = -0,22; при p = 0,046). Несмотря на невысокий уровень коэффициентов корреляции, этот факт говорит, скорее всего, об уменьшении роли углеводов в энергообеспечении в период перехода к зиме, а также о начинающейся сезонной перестройке организма на белково-жировой тип метаболизма. Неслучайно в октябре показатель нарастающей стресс-реакции - кортизол значимо коррелировал с уровнем потребляемого белка с пищей (r = 0,54, при p = 0,021); степень реагирования на сезонные погодные изменения была достоверно связана с содержанием холестерина в суточном рационе (r = 0,42, при p = 0,039); а увеличение потребления с пищей жиров в высокой степени зависело от уровня психоэмоционального стресса в данный период (r = 0,62, при p = 0,033). По мнению ученых, состояние активности таких ферментов, как аланинаминотрансфераза (АЛТ), аспартатаминотрансфераза (АСТ), гамма-глута-милтранспептидаза (гГТ), имеют диагностическое значение не только при определении патологических состояний, но и при воздействии внешних неблагоприятных климатогеографических факторов на организм человека, отражая напряжение функциональной активности печени в соответствие с требованиями усиления обменных процессов [5, 16]. Анализ содержания данных ферментов в периферической крови обследованного контингента показал, что содержание АЛТ и гГТ было больше в октябре по сравнению с мартом, что, по мнению ряда исследователей, может быть связано с активацией перекисного окисления липидов, а также с повышением функциональной активности печени при переключении обменных процессов при перестройке организма на повышение энергетических потребностей в зимнее время [5, 16]. Причем более выражен этот процесс у девушек по сравнению с юношами. Динамика АСТ в зависимости от пола имела однонаправленный характер, так как достоверных изменений не установлено. Однако привлекает внимание высокий уровень содержания этого фермента, выше нормы независимо от рассматриваемых сезонов года, в периферической крови как юношей, так и девушек. С позиции же перестройки интенсивности обмена веществ в зимний период особый интерес представляют материалы, касающиеся сезонных флуктуаций гормонов системы гипофиз - кора надпочечников [5]. В ранних исследованиях сложилось представление, что данная гормональная система активизируется у человека в холодный период времени года, в результате повышается уровень трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4) [19]. Кроме этого данные своих исследований на Севере Е. Р. Бойко и А.В. Ткачев [5, 7] трактуют как факт, говорящий о том, что уровни Т3 и Т4, как и содержание кортизола, зависят от смены градиента светового фактора (при переходе полярной ночи в полярный день) и мало отражают воздействие температуры окружающей среды. В наших исследованиях уровень гормонов Т3 и Т4 в периферической крови юношей и девушек менялся незначительно. Однако в октябре концентрация T3 увеличилась у юношей и девушек примерно на 10 % по сравнению с мартом, а вот содержание кортизола в крови значимо увеличивалось в октябре по сравнению с мартом. Хотя у юношей уровень кортизола в крови был больше, чем у девушек, как в марте, так и в октябре, однако наибольшее его увеличение наблюдалось у девушек (на 83 %) по сравнению с юношами (на 57 %). Обсуждение результатов Результаты исследований позволяют с высокой долей уверенности говорить о том, что у аборигенного населения Республики Тыва уменьшение роли углеводов в энергообеспечении в период перехода к зиме, снижение концентрации белков, холестерина, 22 Экология человека 2015.03 Экологическая физиология триглицеридов в сыворотке крови, а также активация функции печени свидетельствует о начинающейся сезонной перестройке организма на белково-жировой тип метаболизма. Это, в частности, согласуется с литературными данными и объясняется реакцией организма на постепенное снижение температуры окружающей среды [5]. Содержание мочевины в крови является весьма информативным показателем, свидетельствующим об интенсивности катаболизма белков в организме. В исследованиях Е. Р. Бойко указывается на несовпадение динамики сывороточных показателей общего белка и мочевины [5], что подтверждается и в наших исследованиях. Так, содержание мочевины в периферической крови у юношей и девушек тувинской национальности имеет значимые отличия в рассматриваемые сезоны, хотя такие отличия не были зафиксированы в показателях общего белка у юношей. На уровень общего холестерина в периферической крови обследуемых, вероятно, оказали влияние особенности температурных изменений, когда температура в марте была значительно ниже, чем в октябре. Возможно, климатические особенности и географическая широтность оказывают влияние на отличия в динамике содержания холестерина в крови у местных жителей. Выявленное снижение содержания углеводов в периферической крови у коренных жителей Тывы в октябре по сравнению с мартом также согласуется с литературными данными [13] и, по представлениям Т.И. Кочан с соавт. [11], связано с усилением интенсивности анаэробного гликолиза и повышением утилизации глюкозы с наступлением холодного сезона. Увеличение содержания АЛТ и гГТ в пределах общепринятой нормы в октябре можно трактовать как усиление функциональной активности печени на фоне нарастающих потребностей энергообеспечения в зимние месяцы, так и повышение уровня окислительного стресса, отражающего усиление общеорганизменного стресса на молекулярно-клеточном уровне при перестройке организма на эффективное жизнеобеспечение в зимние месяцы. Об этой же нарастающей осенней стресс-реакции на предзимнее изменение метеорологических факторов указывает и высокое содержание кортизола в октябре по сравнению с мартом. Весеннее же снижение этого гормона у девушек и юношей указывает на снижение глюкокортикоидной функции надпочечников в ответ на снижение интенсивности негативного действия холодового температурного фактора среды. Таким образом, метаболические процессы у аборигенов континентальной Сибири подтверждают наличие закономерности потребности перехода обменных процессов в осенне-зимний период на белково-жировой тип метаболизма. Выявленный процесс активации белково-жирового обмена осенью тесно связан с усилением стресс-реакции, проявляющейся в значимом повышении продукции стресс-гормона кортизола и в усиление психоэмоционального напряжения.

Об авторах

Вера Александровна Красильникова

Тувинский государственный университет

Email: verakras@gmail.com
кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии, физиологии и безопасности жизнедеятельности Кызыл

В И Хаснулин

Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины СО РАМН

Новосибирск

Список литературы

Дополнительные файлы