SEASONAL CHANGES IN INDICATORS OF THE IMMUNE AND ENDOCRINE SYSTEMS OF ATHLETES IN THE NATURAL AND CLIMATIC CONDITIONS OF THE MIDDLE OB REGION

Full Text

Условия проживания человека на Севере относятся к гипокомфортным по многим параметрам, основные из которых - продолжительная и суровая зима, короткое холодное лето, значительно измененная относительно обычной для умеренного климата фотопериодичность, тяжелый аэродинамический режим [1, 2, 18]. Известно, что длительное воздействие комплекса экстремальных природно-климатических факторов оказывает влияние на течение физиологических процессов в организме [3, 6, 10]. Приспособительные трансформации происходят во многих функциональных системах [11, 13, 14], в том числе иммунной и эндокринной, осуществляющих регуляторную функцию гомеостаза [21, 22]. К адаптивным изменениям 31 Экологическая физиология Экология человека 2018.02 эколого-физиологической природы следует отнести наличие сезонных колебаний уровня гормонов, их связь с длительностью светового дня, изменение функциональных резервов эндокринной системы [3, 19]. На высокоширотных территориях фотопериодическая зависимость представляет собой ритмообразующий фактор, влияющий на жизнедеятельность человека и разнонаправленно изменяющий функциональное состояние желёз внутренней секреции [8, 9, 17, 20]. Сопоставление структуры гормонального фона и некоторых показателей обменных процессов показывает, что на каждом этапе фотопериодики физиологический статус организма различен. Состояние эндокринной системы у северян отличается нестабильностью, а её адаптивные возможности снижены [15]. Гормоны систем «гипофиз - щитовидная железа» и «гипофиз - кора надпочечников» являются ключевым звеном гормональной регуляции адаптивных метаболических процессов у человека, проживающего на Севере [3]. По мнению ряда авторов, проживание человека в неблагоприятных природно-климатических условиях в сочетании с физической нагрузкой приводит к повышенному использованию и истощению адаптационных резервов организма. Связано это с интенсификацией обмена веществ и значительной ролью иммунной и эндокринной физиологических систем в удалении продуктов распада, образующихся в результате высокой скорости окислительно-восстановительных процессов, что создаёт напряжение иммуно-гормональной регуляции [4]. Таким образом, изучение иммунного и гормонального профиля в условиях контрастных сезонных изменений климатогеофизических факторов позволит эффективно выявлять на ранних стадиях лиц с дизадаптацией и своевременно проводить коррекцию предпатологических состояний. Цель работы состояла в изучении сезонной динамики некоторых показателей иммунной и эндокринной систем у юношей и девушек с высокой двигательной активностью в природно-климатических условиях Среднего Приобья. Методы Проведено комплексное обследование девушек и юношей с высокой двигательной активностью в различные фотопериоды года: период минимальной (5-6 ч) и максимальной (18-19 ч) продолжительности светового дня. В нем участвовали 60 высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся преимущественно в циклических зимних видах спорта (биатлон, лыжные гонки). Среди них 40 девушек, средний возраст (18,0 ± 2,7) года и 20 юношей, средний возраст (18,8 ± 1,7) года. Физическая нагрузка составляла от 28 до 32 часов в неделю, северный стаж у всех обследованных составлял более трех лет, спортивный стаж (8,3 ± 3,0) года (M ± SD). Обследования проводились в соревновательном периоде годового тренировочного цикла. Применялись следующие методы исследования: анамнестический, антропометрический, лабораторный. Сбор анамнеза включал в себя данные о северном и спортивном стаже, хронических заболеваниях щитовидной железы и надпочечников, частоте простудных заболеваний, группе здоровья, фармакологической терапии. Всем спортсменам выполняли измерение длины и массы тела. Перечень лабораторных исследований включал определение концентрации иммуноглобулинов (Ig) А, М, G, свободного трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4), тиреотропного гормона (ТТГ), кортизола, общего тестостерона, дегидроэпиандростерон-сульфата (ДГЭА-С) в венозной крови. Забор крови осуществлялся с 7 до 8 часов утра натощак (отсутствие приема пищи не менее 8 часов) из локтевой вены. Использовалось лабораторное оборудование: автоматический биохимический анализатор Architect с8000 методом иммунотурбидиметрии, автоматический им-мунохимический анализатор закрытого типа Architect i2000 методом хемилюминесцентного иммуноанализа на микрочастицах. Обследование соответствовало стандартам Хельсинкской декларации 1975 года и её пересмотра 1983-го. От каждого спортсмена было получено информированное согласие на использование материалов в научных обобщениях. Нами сформированы две группы: спортсменки девушки - СПД и спортсмены юноши - СПЮ. Тип исследования - обсервационное (продольное). Способ создания выборки - нерандомизированный. Анализ полученных данных проводился с использованием прикладной программы IBM SPSS Statistics 23. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась при помощи теста Шапиро - Уилка. Для оценки статистической значимости различий между двумя связанными выборками применялся непараметрический критерий Вилкоксона. Для изучения взаимосвязи между двумя переменными использовали коэффициент корреляции Спирмена (rs). За критический уровень значимости принимали значение р < 0,05 (95 %). Результаты непараметрических методов обработки данных представлялись в виде медианы (Ме), первого (Q1) и третьего (Q3) квартилей [5]. Результаты В группе СПД обнаружены статистически значимые сезонные различия по уровню Т3 и Т4 свободного в крови. В период короткого светового дня концентрация тиреоидных гормонов выше, чем в период максимальной продолжительности, и составляет 4,50 (4,1-4,9) и 11,80 (11,0-12,7) пмоль/л соответственно. Незначительной сезонной динамике также подвержены стероидные гормоны - обнаружена статистическая тенденция к увеличению концентрации кортизола, общего тестостерона, ДГЭА-С в период максимальной продолжительности светового дня (табл. 1). В группе СПЮ выявлены статистически значимые сезонные различия по уровню Ig М и Ig G, гормонов щитовидной железы в крови. Концентрация Ig M, Т3 32 Экология человека 2018.02 Экологическая физиология Таблица 1 Сезонная динамика показателей иммунограммы и гормонального статуса у девушек спортсменок, Ме (Qj-Qj) Показатель Короткий световой день (п=40) Максимальный световой день (п=40) Р Ig A, г/л 1,72 (1,3-2,0) 1,60 (1,2-2,1) 0,744 Ig M, г/л 1,40 (0,9-1,8) 1,30 (0,8-1,7) 0,128 Ig G, г/л 11,60 (10,2- 12,1) 11,80 (10,1 - 12,8) 0,084 Т3 свободный, пмоль/л 4,50 (4,1 -4,9) 4,30 (3,9-4,6) 0,006* Т4 свободный, пмоль/л 11,80 (11,0 - 12,7) 11,60 (10,8- 12,5) 0,028* ТТГ, мЕд/л 1,67 (1,2-2,0) 1,46 (1,25-1,9) 0,161 Кортизол, нмоль/л 420,00 (382,0 - 449,0) 456,00 (285,0 - 545,0) 0,610 Общий тестостерон, нмоль/л 1,25 (1,1 -1,4) 1,31 (1,1 -1,6) 0,072 ДГЭА-С, мкмоль/л 7,80 (6,3-10,0) 8,80 (6,3-11,2) 0,080 Примечание для табл. 1 и 2. Сравнение связанных выборок осуществлялось непараметрическим критерием Вилкоксона, * - p < 0,05. и Т4 свободного выше в период короткого светового дня и составляет 0,80 (0,7-1,2) г/л; 5,10 (4,8-5,6) и 13,20 (11,5-13,9) пмоль/л соответственно. В период максимальной продолжительности светового дня обнаружены высокие значения Ig G - 12,00 (11,1 - 12,8) г/л, кроме этого установлена статистическая тенденция, свидетельствующая о повышении концентрации кортизола и общего тестостерона в аналогичный период (табл. 2). Таблица 2 Сезонная динамика показателей иммунограммы и гормонального статуса у юношей спортсменов, Ме (Qj-Q3) Показатель Короткий световой день (п=20) Максимальный световой день (п=20) Р Ig A, г/л 1,74 (1,6-2,0) 1,86 (1,5-2,2) 0,486 Ig M, г/л 0,80 (0,7 -1,2) 0,80 (0,6-1,1) 0,028* Ig G, г/л 11,10 (10,0 - 12,1) 12,00 (11,1 - 12,8) 0,015* Т3 свободный, пмоль/л 5,10 (4,8-5,6) 4,70 (4,2 - 5,0) 0,006* Т4 свободный, пмоль/л 13,20 (11,5- 13,9) 12,70 (10,6- 13,5) 0,022* ТТГ, мЕд/л 1,88 (1,5-2,0) 1,80 (1,2-2,8) 0,763 Кортизол, нмоль/л 434,00 (389,0 - 472,0) 464,00 (375,0 - 508,0) 0,324 Общий тестостерон, нмоль/л 23,78 (21,5 - 28,9) 25,07 (20,5 - 27,5) 0,984 ДГЭА-С, мкмоль/л 10,80 (8,3 - 11,9) 9,70 (6,4-11,5) 0,332 Нами выполнен корреляционный анализ зависимости исследуемых показателей от северного и спортивного стажа, по его результатам в обеих группах обследованных выявлены статистически значимые корреляционные взаимодействия между северным, спортивным стажем и концентрацией в крови гормо нов щитовидной железы. В группе СПД обнаружена умеренная положительная корреляционная зависимость между северным стажем и концентрацией Т3 свободного в крови в периоды минимальной и максимальной продолжительности светового дня (rs = 0,520; rs = 0,308 соответственно); между северным стажем и Т4 свободным (rs = 0,479; rs = 0,493 соответственно); умеренная отрицательная зависимость между спортивным стажем и Т3 свободным в период максимальной продолжительности светового дня (rs = -0,481). В группе СПЮ обнаружена умеренная положительная взаимосвязь между северным стажем и концентрацией Т3 свободного в период максимальной продолжительности светового дня (rs = 0,619); умеренная отрицательная взаимосвязь между спортивным стажем и уровнем Т3 свободного в этот же период (rs = - 0,481), а также Т4 свободного в периоды минимальной и максимальной продолжительности светового дня (rs = -0,478; rs = -0,545 соответственно). Учитывая важное значение гормонов коры надпочечников в реализации многих иммунологических реакций, мы провели исследование взаимной зависимости между содержанием кортизола и иммуноглобулинов А, М, G. В группе СПД обнаружена умеренная отрицательная зависимость между кортизолом и Ig M в период короткого светового дня (rs = -0,341), в группе СПЮ - умеренная отрицательная зависимость между кортизолом и Ig M, Ig G (rs = -0,597; rs = - 0,631 соответственно) в тот же период (табл. 3). Таблица 3 Статистически значимые корреляционные взаимодействия между северным, спортивным стажем, концентрацией в крови иммуноглобулинов, гормонов щитовидной железы и кортизола у спортсменов в различные периоды года Корреляция СПД (п=40) СПЮ (п=20) Короткий световой день Макси мальный световой день Короткий световой день Макси мальный световой день Северный стаж -Т, св. rs = 0,520 р" = 0,001 rs = 0,308 р" = 0,050 - 95 10 ,6 ,0 II II Он Северный стаж -Т4 св. rs = 0,479 р" = 0,002 rs = 0,493 р" = 0,001 - Спортивный стаж -Т, св. - rs = -0,481 р = 0,002 - rs = -0,481 р = 0,002 Спортивный стаж -Т4 св. - - rs = -0,478 р = 0,038 rs = -0,545 р = 0,016 Кортизол - Ig M rs = -0,341 р = 0,034 - rs = -0,597 р = 0,007 - Кортизол - Ig G - - rs = -0,631 р = 0,004 - Примечание. rs - коэффициент корреляции Спирмена. Обсуждение результатов Сезонные изменения концентрации тиреоидных гормонов у девушек и юношей с высокой физической активностью обусловлены потребностью организма спортсменов в увеличении скорости протекания обменных процессов и специфическими условиями 33 Экологическая физиология Экология человека 2018.02 проживания. Щитовидная железа в условиях Севера испытывает негативное влияние контрастных климатогеофизических факторов, антропогенной среды и природного дефицита йода, что может привести к перенапряжению тиреоидной функции [12]. Главным эффектом тиреоидных гормонов является регуляция и поддержание основного обмена за счет роста потребления кислорода и увеличения теплопродукции, что, несомненно, важно для лиц, занимающихся спортом в условиях с длительным периодом низких температур. При снижении уровня йодтиронинов крови значительно уменьшается переносимость холода [7]. Обнаруженные нами положительные корреляционные взаимодействия между концентрацией тиреоидных гормонов и северным стажем в разные периоды года свидетельствуют о компенсаторном напряжении в гипофизарно-тиреоидной системе, преимущественно реализуемом за счет экстратиреоидального звена регуляции. Вместе с тем обе группы демонстрируют отрицательные корреляционные взаимодействия между концентрацией тиреоидных гормонов и спортивным стажем, наличие этой связи можно трактовать как модифицирующее действие интенсивных физических нагрузок на параметры сезонного ритма выделения тиреоидных гормонов (см. табл. 3). Есть основания полагать, что при определенном сочетании цирка-нуальных колебаний уровня гормонов щитовидной железы и интенсивных физических нагрузок повышается вероятность перенапряжения регуляторных механизмов эндокринной системы у спортсменов в исследуемые фотопериоды, что со временем может приводить к истощению функциональной активности системы «гипофиз - щитовидная железа». Есть данные, свидетельствующие о том, что возрастное снижение функциональной активности щитовидной железы у представителей северных популяций отмечается в возрасте 40-45 лет, заметно раньше, чем у жителей умеренных широт [15]. Сезонным колебаниям также подвержены уровни содержания в крови стероидных гормонов. При анализе концентраций кортизола и общего тестостерона в обеих группах наблюдается повышение в период максимальной продолжительности светового дня. По нашему мнению, упомянутые сезонные изменения обусловлены тем, что кортизол является основным гормоном, обеспечивающим сопротивляемость организма стрессу, а увеличение длительности светового дня является определенным стресс-фактором для гипофизарно-надпочечниковой системы и выражается в повышении ее функциональной активности [16]. Следует отметить, что у северян регистрируются более высокие показатели уровня общего тестостерона и дегидроэпиандростерон-сульфата по сравнению с жителями южных регионов. Анаболические стероиды, ускоряя энергетический и липидно-жировой обмен, рост скелетной мускулатуры, повышая нейромышеч-ную эффективность, оказывают существенное влияние на реализацию срочных стресс-индуцированных реакций, связанных с постоянным воздействием экстремальных условий проживания и интенсивных физических нагрузок. Отсутствие статистически значимых сезонных изменений показателей может быть связано с большим разбросом индивидуальных значений и малой выборкой. Выявленное в группе СПЮ значимое повышение уровня Ig М в период короткого светового дня и Ig G в период максимальной его продолжительности, на наш взгляд, обусловлено компенсаторной реакцией иммунной системы на воздействие высоких физических нагрузок и явлений фотопериодизма. В данной ситуации мы наблюдаем дисбаланс иммунологических показателей, который проявляется повышением иммуноглобулинов одного класса и снижением другого. Это сопряжено со значительным напряжением иммунной системы и в дальнейшем может способствовать истощению ее резервов. Следует также отметить, что об изменении функции гуморального иммунитета спортсменов у исследователей нет однозначного мнения. Обнаруженные отрицательные корреляционные взаимодействия между иммуноглобулинами M, G и уровнем кортизола в обеих группах в период короткого светового дня свидетельствуют о разнонаправленном изменении иммуно-гормональной реактивности в период с наиболее интенсивным воздействием на организм комплекса экстремальных климатических факторов Севера. В основе, возможно, лежит им-муносупрессивное действие кортизола на отдельные звенья гуморального иммунитета в период «светового голодания», препятствующее появлению аутоиммунизации при характерной для спортсменов высокой скорости обменных процессов, сопряженных с поступлением в кровь большого количества тканевых антигенов. Однонаправленные же изменения содержания в периферической крови человека сывороточных иммуноглобулинов и кортизола объясняются взаимной активизацией глюкокортикоидной деятельности коры надпочечников и усилением иммунологической реактивности (см. табл. 3) [4, 16]. Итак, на основании данных нашего исследования, а также анализа значительного числа публикаций можно утверждать, что специфические природноклиматические условия проживания в сочетании с интенсивными и продолжительными физическими нагрузками вызывают сезонную иммунологическую и гормональную перестройку. Данные изменения связаны с высокой скоростью обменных процессов у спортсменов и значительной ролью иммунной и гормональной систем в обеспечении гомеостаза. В основе адаптивных компенсаторных реакций лежит преобладание функциональной активности системы «гипофиз - щитовидная железа» в период короткого светового дня и стероидной активности в период его максимальной продолжительности, разнонаправлен-ность показателей гуморального иммунитета, их связь с гормональной активностью коры надпочечников. Такие изменения иммунологического и гормонального фона способствуют формированию необходимого уровня энергетического обмена, потенцируют чувствитель 34 Экология человека 2018.02 Экологическая физиология ность мышечной и нервной тканей к катехоламинам, препятствуют появлению аутоиммунизации, создают благоприятные условия к соревновательным нагрузкам как у девушек, так и у юношей. Полученные нами результаты согласуются с данными других авторов и свидетельствуют о тесной взаимосвязи показателей иммунной и гормональной систем. Параметры иммунной и эндокринной систем спортсменов демонстрируют их оптимальную адаптацию к специфическим природно-климатическим условиям Севера и интенсивным физическим нагрузкам. Подход, предполагающий сезонную оценку состояния иммунной и эндокринной физиологических систем, может быть использован как надежный индикатор состояния индивидуальной адаптации спортсменов к специфическим природно-климатическим условиям и периодам годичного тренировочного цикла. Список литературы

About the authors

A E Gubina

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

An P Koynosov

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: hmgmi-ugra@yandex.ru

References

Supplementary files