THE LONGITUDINAL STUDY RESULTS OF THE PHYSIOLOGICAL STATUS OF MALE NORTHERNERS - PARTICIPANTS OF THE PROJECT “MARS-500”

Full Text

Масштабные наземные исследования по проекту «Марс-500» под эгидой Роскосмоса и Российской академии наук проводились как в условиях изоляции экспериментальной группы людей в макете «марсианского» корабля, так и в различных точках Земли в естественных условиях жизнедеятельности контрольных групп людей. Одна из таких групп испытуемых-добровольцев обследована на севере России в г. Сыктывкаре (62° с. ш.). Интересно было посмотреть, изменяются ли и в какую сторону функциональные показатели здоровья участников проекта за несколько лет. В литературе чаще встре чаются сведения об изменениях в организме людей трудоспособного возраста за 5-летний период. Было показано, что возрастает индекс массы тела (ИМТ) [17], уменьшаются временные и частотные показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР) [16], ухудшается состояние спины [20]. Целью настоящей работы является изучение и оценка антропофизиометрических, физиологических параметров и показателей соматического здоровья контрольной группы мужчин-северян, обследованных дважды с интервалом в 6 лет. 39 Экологическая физиология Экология человека 2017.10 Методы Работа выполнена под руководством головной организации проекта «Марс-500» - Института медико-биологических проблем Российской академии наук (Москва) по единой методике, аналогичной исследованиям, проводимым в основном эксперименте в гермокамере макета «марсианского» корабля (научный руководитель кардиологического направления сателлитного эксперимента - д. м. н. профессор Р. М. Баевский). Первоначально обследованы 26 мужчин г. Сыктывкара в возрасте 24-49 лет, из которых в дальнейшем было отобраны 23 добровольца. Исследование мужчин-северян проведено в два этапа: первое обследование (январь - февраль 2010 г.) и второе обследование (январь - февраль 2016 г.). При выборе участников эксперимента руководствовались следующими требованиями: должно быть не менее 20 мужчин-добровольцев в возрасте 24-49 лет, практически здоровых, прошедших полное поликлиническое обследование, постоянных жителей г. Сыктывкара, работающих в дневную смену. Последнее обстоятельство определило выбор профессий: офисные служащие МЧС (n = 10) и научные работники (n = 13). Все дали письменное согласие на добровольное участие в эксперименте. Исследование одобрено локальным комитетом по биоэтике при ИФ Коми НЦ УрО РАН. В эксперименте использовали прибор «Эко-сан-2007» (Медицинские компьютерные системы, г. Зеленоград), включающий в себя аппаратно-программные комплексы «Кардивар» (анализ ВСР) и «КардиоВизор-06» (дисперсионное картирование электрокардиограммы - ДК ЭКГ). Анализ ВСР проводили в соответствии с рекомендациями группы российских экспертов [2]. Вычисляли следующие показатели: частоту сердечных сокращений (ЧСС), квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов (RMSSD), число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в процентах к общему числу кардиоинтервалов в массиве (pNN50), стандартное отклонение всего массива динамического ряда R-R интервалов (SDNN), стресс-индекс или индекс напряжения регуляторных систем (SI), суммарную мощность спектра во всех частотных диапазонах (TP), мощность спектра высокочастотного компонента (HF), мощность спектра низкочастотного компонента (LF), мощность спектра очень низкочастотного компонента ВСР (VLF), доли HF, LF и VLF в общей мощности спектра (в процентах), отношение средних значений низкочастотного и высокочастотного компонента ВСР (LF/HF), индекс централизации (IC) и показатель активности регуляторных систем (ПАРС). С помощью системы скрининга сердца «КардиоВизор-06» регистрировали индексы ДК ЭКГ «Миокард» и «Ритм». У добровольцев измеряли общепринятые антропометрические параметры длины и массы тела, а также рассчитывали ИМТ. Систолическое (САД) и диастолическое артериальное давление (ДАД) и ЧСС определяли с помощью автоматического тонометра UA-767 (A&D Company Ltd., Japan). Рассчитывали следующие показатели: пульсовое давление (ПД), среднединамическое давление по Хикему (СДД), двойное произведение по Робинсону (ДП), ударный объем крови (УО) по Старру, минутный объем кровообращения (МОК), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС) по Пуазейлю, индекс функциональных изменений (ИФИ), вегетативный индекс Кердо (ВИК), индекс Скибинской (ИС), кардиореспираторный индекс Самко (КРИС), уровень физического здоровья (УФЗ) по Апанасенко [1]. Силу правой и левой кистей определяли пружинным динамометром. Проводили пробу с задержкой дыхания (проба Штанге). Жизненную емкость легких (ЖЕЛ) определяли сухим спирометром и рассчитывали «жизненный индекс» (ЖИ) - отношение ЖЕЛ к массе тела. Максимальное давление выдоха (МДВ) измеряли с помощью тонометра. Определяли ЧСС при кратковременной физической нагрузке (проба Мартине -Кушелевского). Добровольцы заполняли опросник о самочувствии, жалобах, состоянии здоровья и образе жизни. Исследование проводили в помещении, изолированном от шума. Участники перед началом эксперимента проходили период адаптации к окружающим условиям в течение 5-10 минут. В оба этапа исследования фиксировали метеорологические данные в помещении (температура и относительная влажность воздуха, атмосферное давление) и на улице (температура воздуха). Температуру воздуха в помещении и на улице измеряли ртутным термометром. Относительную влажность воздуха в помещении - гигрометром М-19, а атмосферное давление - барометром-анероидом M 67. Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с помощью программ Statistica (версия 6.0, StatSoft Inc, 2001). Проводили проверку выборки на нормальность распределения вариантов с использованием критерия Шапиро - Уилка. Статистическую значимость различий между изучаемыми выборками по анализируемым показателям оценивали с помощью критерия Уилкоксона. Различия считали значимыми при p < 0,05 [12]. Результаты исследования представлены в виде среднего значения показателя и стандартного отклонения (M ± SD), в случае асимметричного распределения вместо них использованы медиана (Me) и 25-й и 75-й персентили. В табл. 3 и 5 представлено число лиц с увеличением, снижением значений физиологических параметров или отсутствием их изменений через 6 лет после первого обследования. В группу «Нет изменений» попадали добровольцы, у которых во время второго эксперимента показатели ВСР находились в пределах ± 5 % от значений первого; для остальных параметров ± 3 %. 40 Экология человека 2017.10 Экологическая физиология Результаты Из табл. 1 следует, что погодные условия в атмосфере и микроклимат в помещении на обоих этапах обследования были идентичными. Таблица 1 Метеорологические параметры во время исследований, M ± SD Параметр 2010 г. 2016 г. Tемпература воздуха на улице, °С - 15,4±5,0 - 15,6±8,3 Tемпература воздуха в помещении, °С 22,0±1,0 21,7±1,1 Относительная влажность воздуха, % 32,2±9,1 34,9±3,9 Атмосферное давление, мм рт. ст. 752,0±9,5 749,0±7,6 По данным анкетирования, у большинства северян было «хорошее» самочувствие, «нормальное» психологическое состояние, отклонения в питании или сне (наличие грудных детей в семье) наблюдались лишь в единичных случаях. Вредные привычки (курение, алкоголь) отмечены у 6 человек, стресс на работе - у 5. Большинство обследованных мужчин имели рост «средний» или «выше среднего» (табл. 2). Масса тела и ИМТ у значительной части из них превышала норматив. В ходе первого обследования у добровольцев выявлено, что большинство физиометрических параметров, а также проба Штанге находились в пределах нормативов. Лишь ЖИ и УФЗ имели низкие значения. Таблица 2 Функциональные показатели у мужчин-северян в разные годы, M ± SD Параметр Первое обследование (2010 г.) Второе обследование (2016 г.) р Возраст, лет 32,7±6,76 38,6±6,76 0,0001 Биологический возраст, лет 32,0±8,11 40,4±7,40 0,0001 Рост, см 174,2±6,03 173,8±6,26 0,088 Масса тела, кг 81,0±12,20 83,6±15,04 0,018 ИМТ, кг/м2 26,6±3,38 27,6±4,27 0,012 САД, мм рт. ст. 123±7,4 127±11,1 0,072 ДАД, мм рт. ст. 77+7,1 74±9,9 0,122 ЧСС, уд./мин: исходная 70±6,9 67±10,1 0,237 при нагрузке 84±12,0 91±11,7 0,012 рабочий прирост 14±11,2 24±7,5 0,007 ПД, мм рт. ст. 46±7,1 52±9,0 0,001 ДП, усл. ед. 85±8,5 85±15,0 0,677 СДД, мм рт. ст. 92,2±6,41 91,6±9,39 0,677 УО, мл 57,1±8,90 58,6±10,86 0,301 МОК, мл 3994±829 3936±935 0,648 ОПСС, дин X с X см-5 1947±540 2018±773 0,447 ИФИ, усл. ед. 2,47±0,23 2,56±0,33 0,052 Продолжение таблицы 2 Параметр Первое обследование (2010 г.) Второе обследование (2016 г.) р Миокард, % 13,7±3,63 14,1±4,65 0,472 Ритм, % 17,5±10,68 27,9±13,25 0,002 ЖЕЛ, мл 4156±645 4219±669 0,372 ЖИ, мл/кг 51,9±8,53 51,5±9,98 0,761 МДВ, мм рт. ст. 126,5±38,27 134,1±39,85 0,158 Проба Штанге, с 72,9±19,1 71,0±15,2 0,426 ИС, баллы 43,5±12,1 45,2±12,5 0,211 КРИС, усл. ед. 1,01±0,17 1,07±0,18 0,004 Сила правой кисти, кг 47,8±7,46 50,3±6,00 0,005 Сила левой кисти, кг 45,1±9,04 46,7±7,21 0,110 ВИК, % - 12,2±19,1 - 13,2±22,1 0,211 УФЗ, баллы 3,87±3,55 2,57±4,19 0,009 За 6-летний период произошли некоторые изменения в физиологическом статусе организма северян. По большинству данных не установлено статистически значимых сдвигов. Однако по ряду показателей выявлены существенные изменения. Статистически значимо увеличились возраст, биологический возраст, масса тела, ИМТ, ПД, индекс «Ритм», КРИС, сила правой руки, ЧСС при нагрузке и ее рабочий прирост и уменьшилось значение УФЗ. Индивидуальный анализ данных показал, что у добровольцев через 6 лет после первого обследования часто отмечаются разнонаправленные сдвиги параметров (табл. 3). Например, значения МОК у 8 участников повысились по сравнению с первым обследованием, в то время как у 9 северян снизились, у 6 человек изменения отсутствовали. Однако по ряду параметров выявлены однонаправленные сдвиги. Значения индекса «Ритм», САД, ДП, ОПСС, ИФИ, КРИС, МДВ, силы правой и левой руки у большинства обследованных лиц возросли, а ДАД, исходная ЧСС, ИС, ВИК, УФЗ, проба Штанге - снизились. Таблица 3 Изменения антропометрических и физиометрических показателей через 6 лет у 23 мужчин-северян, число лиц Параметр Увеличе ние Снижение Нет изменений (±3 %) Масса тела, кг 10 2 11 ИМТ, кг/м2 11 2 10 САД, мм рт. ст. 12 5 6 ДАД, мм рт. ст. 5 10 8 ЧСС, уд./мин: 8 13 2 ДП, усл. ед. 13 7 3 СДД, мм рт. ст. 7 8 8 УО, мл 12 8 3 МОК, мл 8 9 6 ОПСС, дин X с X см-5 14 8 1 ИФИ, усл. ед. 12 6 5 41 Экологическая физиология Экология человека 2017.10 Продолжение таблицы 3 Параметр Увеличе ние Снижение Нет изменений (±3 %) Миокард, % 10 8 5 Ритм, % 19 4 0 ЖЕЛ, мл 8 5 10 ЖИ, мл/кг 7 10 6 МДВ, мм рт. ст. 15 7 1 Проба Штанге, с 7 11 5 ИС, баллы 8 12 3 КРИС, усл. ед. 14 5 4 Сила правой кисти, кг 13 5 5 Сила левой кисти, кг 17 2 4 ВИК, % 7 16 0 УФЗ, баллы 4 17 2 Таблица 4 Показатели вариабельности сердечного ритма у мужчин-северян в разные годы (медиана и 25-й и 75-й центили) Параметр Первое обследование (2010 г.) Второе обследование (2016 г.) р ЧСС, уд./мин 72,00 (67-76) 74,00 (64-79) 0,574 RMSSD, мс 31,00 (28,0035,50) 29,00 (19,5039,00) 0,574 pNN50, % 10,40 (5,6513,70) 7,60 (2,90-14,90) 0,465 SDNN, мс 41,70 (37,9953,80) 43,47 (30,2752,82) 0,362 SI, усл. ед. 102,00 (66,50123,00) 104,00 (65,00187,50) 0,287 TP, мс2 1515,09 (1153,66 1801,81) 1576,62 (616,402274,58) 0,394 HF, мс2 377,02 (266,15509,91) 348,10 (136,15508,69) 0,287 LF, мс2 441,90 (290,95825,72) 400,88 (221,85596,04) 0,212 VLF, мс2 245,13 (159,78391,16) 192,38 (126,47569,98) 0,879 ULF, мс2 243,39 (173,76357,29) 243,41 (70,47342,76) 0,362 HF% 31,90 (23,8039,55) 30,20 (20,5039,05) 0,999 LF% 39,90 (33,6556,85) 36,50 (30,8049,70) 0,191 VLF% 21,40 (15,9027,25) 24,10 (16,2036,80) 0,394 LF/HF, усл. ед. 1,26 (0,89-2,50) 1,14 (0,80-2,23) 0,523 IC, усл. ед. 2,13 (1,53-3,21) 2,31 (1,56-3,90) 0,681 ПАРС, баллы 2,00 (1,00-4,00) 3,00 (2,00-6,00) 0,136 Результаты анализа ВСР представлены в табл. 4. При первом обследовании у добровольцев параметры ВСР находились в пределах нормативов (исключение pNN50 и HF, %). При втором обследовании не выявлено значимых изменений показателей ВСР. При индивидуальном анализе полученных данных (табл. 5) обнаружено, что у более половины участников экс перимента временные (pNN50, RMSSD, SDNN) и ряд спектральных (TP, HF, LF, LF%, LF/HF) параметров ВСР снижались к повторному обследованию. Также отмечено, что возросло число лиц с увеличившимися значениями SI и VLF%. Таблица 5 Изменения показателей вариабельности сердечного ритма через 6 лет у 23 мужчин-северян, число лиц Параметр Увеличение Снижение Нет изменений (±5 %) ЧСС, уд./мин 9 7 7 RMSSD, мс 9 11 3 pNN50, % 10 13 0 SDNN, мс 9 13 1 SI, усл. ед. 13 8 2 TP, мс2 9 13 1 HF, мс2 9 14 0 LF, мс2 8 14 1 VLF, мс2 11 12 0 HF% 10 11 2 LF% 7 15 1 VLF% 12 10 1 LF/HF, усл. ед. 8 12 3 IC, усл. ед. 11 10 2 ПАРС, баллы 11 6 6 При первом обследовании состояние нормы (по значениям ПАРС) выявлено у 69,6 % добровольцев, донозологические и преморбидные состояния - у 21,7 и 8,7 % соответственно. При повторном обследовании состояние нормы отмечено у 65,2 % лиц, донозологические состояния - у 4,3 %, преморбидные -у 26,2 %, срыв адаптации - у 4,3 %. Обсуждение результатов По силе кисти и СИ основная масса добровольцев имеет «низкие» показатели, а по ЖЕЛ и ЖИ - показатели «ниже средних», что характерно для северян, проживающих на более высоких широтах. Результаты проб с задержкой дыхания оказались в целом «хорошими», а ИС был «нормальным», что позволяет говорить о достаточном кардиореспира-торном резерве отобранного контингента северян. В соответствии с данными Всероссийского научного общества кардиологов, значения САД и ДАД у северян были в пределах «оптимальных» и «нормальных» величин. Нормальными также следует признать и значения ЧСС и ДП. Уровень ВИК в покое до начала инструментального исследования у многих испытуемых имел отрицательные значения, что указывало на парасимпатическую направленность влияния на кровообращение. Индекс функциональных изменений у большинства мужчин-северян говорил об «удовлетворительной адаптации», а у некоторых из них имело место «напряжение механизмов адаптации». 42 Экология человека 2017.10 Экологическая физиология Значения УФЗ по Апанасенко свидетельствовали о «низком» уровне соматического здоровья. Только у 5 человек УФЗ был «средним» (7 и более баллов). При выполнении кратковременной физической нагрузки значения ЧСС возросли с (70,0 ± 6,9) до (84,0 ± 12,0) уд./мин. Такие изменения ЧСС (более 10 уд./мин) говорят о повышенной реактивности гемодинамики и о сниженной физической способности. Повышенная реактивность гемодинамики у северян свидетельствует о неадекватной реакции механизмов регуляции кровообращения. Восстановление показателей ЧСС происходит на 2-3-й минуте, для ЧСС [1] такая реакция оценивается как «ниже среднего», т. е. налицо инерционность механизмов кровообращения. Классические лонгитудинальные исследования шведских физиологов показали, что функции кровообращения и дыхания неуклонно ухудшаются за 13 лет [18] и уменьшается максимальное потребление кислорода в среднем на 20 % за 20 лет [15] в результате детренированности. Во время 5-летних наблюдений обнаружено повышение ИМТ [17]. Другое исследование выявило, что за 5 лет у молодых лиц не было ухудшения, а у лиц в возрасте 54-59 лет проявилось нарушение состояния спины [20]. При 5-летнем наблюдении за активными лицами в возрасте 20-80 лет было установлено, что снижение массы тела позитивно влияет на артериальное давление и риск развития сердечно-сосудистой патологии [19]. Что касается жителей Севера, то по ним имеются противоречивые данные. С одной стороны, не обнаружено значимых различий в гемодинамике в возрастном диапазоне 25-55 лет у мужчин в Тюменской области [11]. С другой стороны, выявлено увеличение скорости старения пришлого населения Севера по сравнению с жителями средних широт по данным смертности и заболеваемости сердечно-сосудистыми заболеваниями [4, 6, 9, 13] и ускорение процессов старения функций внешнего дыхания как по возрастам, так и по северному стажу в диапазоне 5-10 лет [7]. Наши данные по изменениям ИМТ, УФЗ, реакции ЧСС на физическую нагрузку, биологического возраста за 6 лет подтверждают выводы последних авторов об ускоренном старении организма северян. Сдвиги остальных показателей говорят об ухудшении физиологического статуса организма по мере его постарения на 6 лет. Наряду с усилением реакции ЧСС на нагрузку увеличилось и время восстановления ее после нагрузки. Если в 2010 г. у большинства испытуемых восстановление длилось в среднем 2-3 минуты, то в 2016 г. - в среднем 3-4 минуты, что свидетельствует о дальнейшем ухудшении механизмов регуляции хронотропной функции сердца. Дисперсионное картирование ЭКГ является новым методом, который используется в кардиологической практике с целью раннего выявления нарушений электрофизиологических свойств миокарда [5]. Большинство авторов говорят о том, что индекс «Миокард» увеличивается с возрастом [3]. Однако ряд работ свидетельствует об отсутствии изменений «Миокарда» с возрастом [10]. В ходе обоих обследований нами отмечено, что среднегрупповые значения данного индекса находились в пределах норматива. Однако, по результатам повторного обследования, увеличилось количество лиц с превышениями верхней границы норматива, что говорит о преходящих эпизодах кратковременного увеличения дисперсионных характеристик или об изменении обменно-энергетических процессов в миокарде. Индекс «Ритм», отражающий характеристику ВСР и степень напряжения регуляторных систем, через 6 лет после первого обследования существенно возрос и превысил границу норматива. Следует отметить, что данная динамика отмечена у подавляющего большинства обследованных лиц. По данным многих авторов [16, 23], ВСР снижается при увеличении возраста. При старении ослабляются рефлекторные влияния на сердечно-сосудистую систему, снижается тонус вегетативной нервной системы (ВНС) [23] со смещением вегетативного баланса в сторону усиления активности симпатической нервной системы [22]. Уменьшается дыхательная синусная аритмия [21], нарушается барорефлекторная регуляция [16], ослабевает чувствительность синусного узла сердца к вегетативным влияниям [8]. У группы мужчин-северян при повторном обследовании не выявлено существенных изменений в ВСР. Однако при индивидуальном анализе данных у более чем половины добровольцев выявлено снижение ВСР и роли парасимпатического звена ВНС в регуляции ритма сердца (табл. 5). Yukishita T. et al. [22] показали уменьшение парасимпатической активности у мужчин после 30 лет вследствие снижения физической жизнеспособности. Увеличение SI у большинства добровольцев может свидетельствовать о смещении вегетативного баланса в сторону симпатического отдела ВНС. В исследованиях В.Н. Швалева и Н.А. Тарского [14] показано, что с четвертого десятилетия жизни процесс управления сердцем посредством нервных структур постепенно заменяется менее специфичным и избирательным - гуморальным регулированием. Исходя из значений VLF%, у некоторых лиц при повторном наблюдении также отмечалось повышение роли нейрогуморального и метаболического уровней в регуляции ритма сердца. Через 6 лет после первого обследования число лиц с состоянием нормы (исходя из значений ПАРС) находилось примерно на одном уровне с началом исследования, однако количество добровольцев с донозологическими состояниями снижалось, а с преморбидными состояниями увеличивалось. Кроме того, выявлен один случай со срывом адаптации. Таким образом, у ряда мужчин-северян в ходе второго обследования отмечено увеличение напряжения регуляторных систем и снижение адаптационных возможностей организма. Выявленное у ряда добровольцев улучшение показателей ВСР мы связываем с отказом от вредных привычек (курение, употребление алкоголя), а также 43 Экологическая физиология Экология человека 2017.10 с увеличением числа лиц, занятых спортом и физической культурой. Известно, что физическая нагрузка приводит к возрастанию ВСР. При анализе стандартных отклонений (см. табл. 2) или центильных интервалов (см. табл. 4) видно, что у подавляющего большинства показателей за 6-летний период увеличивается разброс (колеблемость или вариабельность). Это свидетельствует о том, что одна и та же выборка со временем стала более разнородной. Разброс стал меньше только по данным пробы Штанге, силовым показателям, биологическому возрасту, некоторым показателям ВСР: LF и LF/HF. Выводы Контрольная группа мужчин-северян, участников проекта «Марс-500», характеризуется повышенными значениями ИМТ и низкими ЖИ, сниженными уровнями соматического здоровья по шкале Апанасенко. У большинства обследованных в покое по данным ВСР, ИФИ, IC и ПАРС отмечается напряжение регуляторных механизмов, повышение расходования функциональных резервов и преобладание центрального контура регуляции над автономным. Усреднение полученных данных ВСР в неполной мере отражает возрастные изменения в регуляции ритма сердца. При кратковременной физической нагрузке наблюдается избыточная реакция ЧСС и инерционность восстановления, что говорит об ослабленных механизмах регуляции гемодинамики у мужчин-северян. За 6 лет наблюдений по ряду показателей обнаруживается ухудшение физиологического статуса организма участников эксперимента, связанное с проживанием в суровых природно-климатических условиях.

About the authors

Iu G Solonin

Institute of Physiology, Komi Science Center, The Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: solonin@physiol.komisc.ru

A L Markov

Institute of Physiology, Komi Science Center, The Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

E R Bojko

Institute of Physiology, Komi Science Center, The Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

References

Supplementary files