COMPARATIVE ANALYSIS OF MORPHOFUNCTIONAL INDICES IN RESIDENTS OF EUROPEAN NORTH AND RUSSIA NORTH-EAST

Full Text

Эколого-физиологические обследования волонтеров в рамках международного проекта «Марс-500» проведены в ряде городов Российской Федерации (Москва, Воронеж, Екатеринбург, Сыктывкар, Магадан) и за рубежом (Алматы, Берлин, Минск, Прага, Торонто) для сравнения с данными, полученными у экипажа добровольцев, находившихся в гермокамере макета «марсианского корабля» в Москве. В связи с этим представляется уместным сравнить данные таких исследований в группах испытуемых, проживающих в регионах России с разными погодно-климатическими условиями. Из литературы известно, что климатические особенности проживания в разных географических регионах страны оказывают влияние на физиологические функции организма [10]. Интересно было на основе единого методического подхода сопоставить результаты исследований групп испытуемых в Сыктывкаре (Европейский Север России) и Магадане (Северо-Восток России). Указанные города удалены друг от друга на тысячи километров по долготе, но близки по широте нахождения. Тем не менее их географические особенности сильно сказываются на погодно-климатических условиях проживания в этих регионах. В Сыктывкаре умеренно-континентальный климат определяется влиянием как Арктики, так и Атлантики (теплое течение Гольфстрим). В Магадане субарктический с чертами морского климат сильно зависит от близости студеного Охотского моря. Соответственно в этих городах среднегодовая температура воздуха составляет +1,3 и -2,7 градуса, среднегодовая скорость ветра - 1,6 и 3,6 м/с, продолжительность снежного покрова - 182 и 202 дня. Целью настоящей работы явилось сравнение результатов эколого-физиологических обследований волонтеров двух северных городов России (Сыктывкар и Магадан) для установления возможного влияния климатического фактора на организм и роли фактора сезонности. Методы Для достижения поставленной цели нами были обследованы две группы практически здоровых мужчин: первая - волонтеры (n = 17) в возрасте от 28 до 46 лет, постоянные жители г. Сыктывкара (Европейский Север России, 61°40' N; 50°51' E) и вторая - волонтеры (n = 18) в возрасте от 27 до 47 лет, уроженцы г. Магадана (Северо-Восток России, 59°34' N; 150°48' E). Данная работа была проведена в рамках международного проекта «Марс-500». При выборе экспериментальных групп руководствовались следующими требованиями кураторов проекта: должно быть не менее 10-15 мужчин-добровольцев в возрасте 25-49 лет, практически здоровых, прошедших полное поликлиническое обследование, уроженцев и постоянных жителей указанных городов, работающих в дневную смену, доступных при длительных многомесячных наблюдениях. Последнее определило выбор профессий (научные работники и служащие). По результатам медосмотров отсеяно 23 человека в Сыктывкаре и 29 человек в Магадане. В выборке сыктывкарцев осталось 17 человек, в выборке магаданцев - 18. Это были люди так называемых «сидячих профессий» с малой физической активностью и с ограниченным временем нахождения на открытом воздухе, некурящие лица. На работе и дома у них отсутствовали кондиционеры. Все они дали письменное информированное согласие на проведение обследований, одобренное локальными комитетами по биоэтике. Обследование проводилось в лабораторном помещении при комфортных условиях микроклимата на протяжении многих месяцев, для изучения сезонного фактора в настоящей работе были выбраны 4 месяца наблюдения (декабрь, март, июнь и сентябрь), охватывающие все сезоны года. Обследование проводили в рабочие дни в средней декаде месяца в первую половину дня (в промежутке с 8:30 до 12:30 по местному времени). Волонтеры находились в легкой обуви, в спортивных брюках и обнажены до пояса. Они приходили на обследование после легкого завтрака, заканчивающегося не позднее 7:30. У волонтеров определяли основные соматометри-ческие показатели: длину и массу тела, рассчитывали индекс массы тела (ИМТ). Систолическое артериальное давление (САД), диастолическое артериального давление (ДАД) и частоту сердечных сокращений (ЧСС) определяли с помощью автоматического тонометра UA-767 (A&D Company Ltd., Japan). Рассчитывали показатели центральной гемодинамики: ударный объем сердца по Старру (УО), минутный объем кровообращения (МОК), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПС) по Пуазейлю. В исследованиях был использован аппаратно-программный комплекс «Экосан-2007», созданный фирмой «Медицинские компьютерные системы» (г. Зеленоград). Этот комплекс реализует методологию донозологического контроля за уровнем здоровья человека и позволяет оценивать состояние сердечнососудистой системы и ее регуляторных механизмов, измерять психофизиологические показатели. Функциональные резервы кардиогемодинамики оценивались с помощью регистрации показателей вариабельности кардиоритма по методу Р. М. Баевского с использованием прибора «Варикард» и программного обеспечения VARICARD-KARDi. Анализ вариабельности кардиоритма (ВСР) проводился по общепринятой методике в соответствии с методическими рекомендациями группы российских экспертов [3]. У волонтеров регистрировали: ЧСС (или HR); MxDMn, мс - разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов, или вариационный размах; SDNN, мс - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов; CV, % - коэффициент вариации полного массива кардиоинтервалов; RMSSD, мс - квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов; pNN50, % - доля числа пар кардиоинтервалов с длительностью более 50 мс; Mо, мс - мода; AMо, мс - амплитуда моды; SI, усл. ед. - стресс-индекс (индекс напряжения регулятор-ных систем); TP, мс2 - суммарная мощность спектра сердечного ритма; HF% - относительная мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма (High Frequency) в диапазоне 0,4-0,15 Гц (дыхательные волны); LF% - относительная мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма (Low Frequency) в диапазоне 0,15-0,04 Гц (сосудистые волны); VLF% - относительная мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца (Very Low Frequency) в диапазоне 0,04 - 0,015 Гц; LF/HF, усл. ед. - отношение низкочастотного и высокочастотного компонентов вариабельности сердечного ритма; IC, усл. ед. - индекс централизации; ПАРС, усл. ед. - показатель активности регуляторных систем. Электрокардиограмму регистрировали в положении сидя, в одном из стандартных отведений. Для оценки вегетативного статуса организма рассчитывали также вегетативный индекс Кердо (ВИК). С помощью системы скрининга сердца «Кардио-Визор-06» регистрировали индекс дисперсионного картирования электрокардиограммы (ДК ЭКГ) «Миокард» в течение одной минуты два раза. С помощью пульта психофизиологической диагностики FirstSync компьютерной системы контроля стресса СКУС определялись следующие психофизиологические характеристики: простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР), сложная зрительно-моторная реакция (СЗМР). Дизайн исследования - многомесячный мониторинг отобранных по сходным признакам групп людей (пол, возраст, род занятий, состояние здоровья) в двух регионах страны с разными климатическими параметрами. Полученные результаты были подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ «Statistica 7.0». Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро - Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представлены в виде медианы (Me) и интерквар-тильного размаха в виде 25 и 75 процентилей (С25 и С75), а параметрических - среднего значения (М) и ошибки средней арифметической (m). Статистическая значимость различий определялась с помощью дисперсионного анализа с последующим попарным сравнением на основе критерия Штеффе для выборок с параметрическим распределением в доверительном интервале более 95 % и непараметрического критерия Манна - Уитни для выборок с ненормальным распределением. Для построения плеяд применяли корреляционный анализ, который был выполнен с использованием ранговой корреляции по Spearmen (rs) с учетом статистически значимых коэффициентов корреляции (р < 0,05-0,001). Критический уровень значимости (p) в работе принимался равным 0,05. Результаты При сравнительном анализе морфофункциональ-ных показателей между группами мужчин Магадана и Сыктывкара были отмечены значимые различия по ряду параметров: длине тела, ИМТ, САД, ДАД (зима и весна), ЧСС (лето и осень), ОПС, ВИК, ПЗМР (зима и весна), СЗМР (зима) (табл. 1). Межсезонные различия в некоторые периоды года выявлены у сыктывкарцев по данным ДАД, ЧСС, ВИК, ПЗМР, СЗМР, а у ма-гаданцев по данным САД, ДАД, ОПС, ВИК и СЗМР (табл. 2). Различий межгрупповых и межсезонных по индексу ДК ЭКГ «Миокард» выявлено не было. Из показателей ВСР статистически значимые различия между сравниваемыми группами (табл. 3) выявлены по MxDMn (зима), RMSSD (зима), pNN50 (зима, весна и осень), мощности HF,% (весна), мощности LF,% (лето), мощности VLF,% (лето), LF/HF (зима и весна), IC (весна), ПАРС (зима и весна). Межсезонные различия в некоторые периоды года обнаружены у сыктывкарцев по большинству показателей ВСР (HR, MxDMn, RMSSD, pNN50, Mo, AMo50, SI, мощности LF,%, LF/HF, IC, ПАРС), тогда как у магаданцев - только по AMo50 (табл. 4). Анализ корреляционных взаимосвязей показателей ВСР и гемодинамики у испытуемых Сыктывкара и Магадана в различные сезоны года представлен на рисунке. Для проведения анализа были выбраны характеристики, имеющие набольшее количество статистически значимых различий как в сезонном, так и в групповом аспекте, являющиеся маркерными показателями функционального состояния в течение года и в зависимости от места проживания. Обсуждение результатов Из представленных в табл. 1 данных видно, что длина тела значимо выше, а масса тела несколько ниже у магаданцев по сравнению с добровольцами из Сыктывкара. При этом сыктывкарцы характеризуются значимо высокими показателями ИМТ с отсутствием сезонной динамике в каждой из анализируемых групп. Данное обстоятельство можно рассматривать с точки зрения большей грацилизации телосложения у лиц, проживающих в условиях воздействия более неблагоприятных природно-климатических факторов Северо-Востока России. Рассматривая функциональное состояние сердечнососудистой системы, следует отметить, что САД на протяжении всего года было статистически значимо выше у магаданской группы испытуемых. Диастоли-ческое артериальное давление также было выше у магаданцев, однако значимое различие по данному параметру наблюдалось только для самого холодного сезона года (зима), а также следующего за ним переходного периода (весна). Вместе с тем по ЧСС ситуация была противоположной - значимые отличия были зафиксированы в летний и осенний периоды года, при этом у сыктывкарцев значения ЧСС были выше, нежели у магаданцев. Привлекает внимание то, что значения ОПС в течение всего года были выше у магаданцев, а показатель состояния вегетативного баланса - ВИК у них, наоборот, был значимо ниже, что может свидетельствовать об умеренном смещении вегетативного баланса в сторону преобладания парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (ВНС) у данных испытуемых. Известно, что у жителей Севера повышено сопротивления периферических сосудов [6], благодаря чему в организме обеспечивается сохранение энергии и поддержание теплового гомеостаза [4]. В целом можно сказать, что более высокие значения ОПС и САД у магаданцев являются компенсаторным механизмом против негативного действия низких температур окружающей среды. Из приведенных данных волонтеров-сыктывкар-цев видно, что, хотя по большинству параметров внутригодовая динамика отсутствовала, в работе ряда физиологических систем имелись отчетливые сезонные колебания. Так, показатель ДАД в основном находился на одном уровне во всех сезонах, за исключением весеннего периода, когда он статистически значимо опускался до своего годового минимума (см. табл. 2). Наибольшее количество межсезонных различий у волонтеров из Сыктывкара было зафиксировано в отношении ЧСС. Так, в зимний и весенний периоды значения данного показателя были наименьшими, а летом и осенью достигали своих максимальных уровней. Как известно, при уменьшении ЧСС происходит удлинение диастолической стадии сердечного цикла, которое, в свою очередь, позволяет наиболее оптимальным образом обеспечивать кислородное снабжение сердечной мышцы [7]. Самые высокие значения ВИК были зафиксированы в летний и осенний периоды, а самый низкий уровень - в зимний период. Количество сезонных изменений морфофункцио-нальных показателей у магаданцев оказалось меньше, нежели у сыктывкарцев. Вместе с тем некоторые из данных изменений носили более выраженный характер. В частности, показатели САД и ДАД были максимальными в зимний период года (самый тяжелый с точки зрения воздействия на организм температурных факторов внешней среды). При этом не было зафиксировано статистически значимой динамики ЧСС. Показатель ВИК, как и у сыктывкарцев, был минимален в зимний сезон года, при этом у магаданцев он еще больше уходил в сторону парасимпатических влияний на сердечно-сосудистую систему. Данный факт может быть связан с тем, что у магаданцев более выраженное проявление парасимпатических влияний повышает эффективность как газообмена в легких, так и легочного кровотока. Время сенсомоторных реакций является важным показателем функционального состояния центральной нервной системы [5], поскольку в значительной степени определяется функциональным состоянием и индивидуально-типологическими свойствами нервной системы обследуемого. При увеличении скорости сенсомоторной реакции диагностируется большая подвижность нервной системы. Подвижность нервных процессов является одним из показателей психического развития детей, определяет скорость центральной переработки информации и характер стрессоустойчивости к изменяющимся условиям среды [9]. Показатели ПЗМР и СЗМР у добровольцев из Сыктывкара указывали на схожий характер изменений скорости нервных процессов, индикаторами которых они являются. Если индикатор ПЗМР снижался от зимне-весеннего периода к осеннему, когда он был наименьшим в течение года, то показатель СЗМР был зафиксирован наиболее высоким только в зимний сезон, после чего он также снижался и оставался практически неизменным на протяжении всего остального времени года. Индекс ДК ЭКГ «Миокард», количественно оценивающий состояние миокарда [8, 12], значимо не различался у сравниваемых групп испытуемых. Не выявлено также сезонных изменений индекса. Анализ приведенных в табл. 3 данных показал, что изучаемые временные характеристики ВСР находятся в пределах нормативных величин, что позволяет в целом говорить о наличии у обследуемых вегетативного баланса (нормотонии) в регуляции сердечного ритма. При этом нужно отметить, что испытуемые, проживающие в условиях Северо-Востока России, характеризуются более низкими значениями MxDMn, RMSSD и pNN50 в зимний период года, что свидетельствует о снижении влияния парасимпатического отдела ВНС в процессах регуляции сердечного ритма. Относительно годовой динамики MxDMn, RMSSD и pNN50 нужно отметить, что у волонтеров, проживающих в условиях Европейского Севера, к летнему периоду года наблюдается значимое снижение этих показателей, что свидетельствует о снижении активности автономного контура регуляции кровообращения; тогда как у волонтеров, проживающих в условиях Северо-Востока страны, сезонной динамики по этим показателям в наших исследованиях не зафиксировано (см. табл. 4). Различий по показателю SDNN выявлено не было, при этом у всех обследуемых медианное значение среднего квадратического отклонения находилось на нижней границе среднеширотного норматива. По мнению авторов [13], снижение SDNN до 50 мс и ниже является признаком неблагоприятного функционирования сердечно-сосудистой системы и риска развития кардиоваскулярных заболеваний и обусловлено значительным напряжением регулятор-ных систем, когда в процесс регуляции включаются высшие уровни управления, что ведет к почти полному подавлению активности автономного контура. Различий по показателям CV, Mo, AMo и SI у испытуемых обеих групп в динамике исследуемого периода не обнаружено. К выявленным особенностям сезонной динамики регуляторно-адаптивного статуса сыктыв-карцев можно отнести снижение показателей Mo и AMo с повышением SI к летнему периоду года. Такие процессы одновременного увеличения активности парасимпатической и симпатической направленности, происходящие в системе регуляции сердечного ритма у жителей Европейского Севера, являются отражением наличия определенного дисбаланса и свидетельствуют о дизадаптивном снижении функционального состояния этих испытуемых. Необходимо отметить наличие единственной значимой динамики параметра AMo в изучаемый отрезок времени у магаданцев. Относительно спектрального анализа ВСР было выявлено следующее: общая мощность спектра (TP), которая характеризует суммарный уровень активности регуляторных систем организма, не имела различий у испытуемых обеих групп и находилась в пределах среднеширотной нормы во все периоды года. Больший вклад в динамику сердечного ритма у испытуемых обеих групп представлен ЬЕ,%-волнами, составляющими 40-49 % от суммарной мощности спектра ВСР, и относительно меньший вклад в суммарную мощность представлен VLF,%-волнами (19-22 %). При этом в зимний период исследования у магаданцев отмечаются значимо более высокие показатели LF,%-компонента общей мощности спектра, характеризующие активность вазомоторного центра, или медленных волн первого порядка, превышающие нормативные величины и снижение активности VLF^-волн. По мнению ряда авторов [1, 3], LF,%-составляющая спектра ВСР связана с уровнем функционирования симпатической системы. В сезонном аспекте нами было выявлено значимое повышение LF,%-волн у жителей Европейского Севера в летний период года, что может являться отражением активации симпатического сосудистого центра у испытуемых в данный период года. Значимых годовых изменений по показателям TP, HF,%, VLF,% у испытуемых групп не выявлено. Полученные нами результаты указывают на то, что значения суммарной мощность VLF,% у испытуемых как магаданцев, так и сыктывкарцев находятся в пределах нижней границы физиологической нормы. Согласно работам А. Н. Флейшмана [11], снижение мощности в VLF -диапазоне является чувствительным индикатором наличия энергодефицитного состояния в организме (гипоксия, метаболические нарушения) и отражает связь автономных (сегментарных) уровней регуляции с надсегментарными, в том числе гипота-ламо-гипофизарным и корковым. При анализе величины LF/HF, характеризующей отношение мощностей низких и высоких частот, нами выявлены статистически значимо более высокие показатели у магаданцев в зимний и весенний этапы исследования, тогда как в летний и осенний периоды года данные различия между группами нивелируются. Медианное значение этого показателя у всех испытуемых находилось в рамках среднеширотной нормы, в то же время нами установлено увеличение интерквартильного размаха в летний период как у магаданцев, так и у сыктывкарцев, что в определенной степени может являться отражением преобладания церебральных эрготоропных влияний на регуляцию сердечного ритма. Статистически значимо более высокие показатели IC, который наряду с LF/HF отражает соотношение автономного и центрального уровней вегетативной регуляции, были отмечены в группе магаданцев в весенний период исследований. Тогда как аналогично динамике показателя LF/HF в последующие периоды года значимых различий выявлено не было. Нужно отметить, что IC в весенний период у магаданцев и в летний и осенний периоды у обследуемых обеих групп находился выше среднеширотных нормативов, что свидетельствует о росте активности центрального контура управления. По мнению Р. М. Баевского и А. П. Берсеневой [2], данное обстоятельство является отражением напряжения функциональных резервов системы кровообращения. Анализ комплексного показателя ПАРС, который описывает суммарную адаптационную реакцию системы вегетативной регуляции (условную «цену адаптации» организма к условиям окружающей среды), выявил следующее: во все периоды года у магаданцев уровень функционального состояния характеризовался выраженным напряжением регуляторных систем (ПАРС = 4-5), тогда как у сыктывкарцев в зимний и весенний этапы обследования отмечено умеренное напряжение регуляторных систем; в летний и осенний периоды года - повышенная активностью регуляторных систем и снижение функциональных резервов организма. Из данных рисунка видно, что в группе магаданцев на протяжении всего периода исследования формируются два ядра корреляционных взаимосвязей, одно из которых включает характеристики гемодинамики (ОПС, САД, ДАД), а второе - показатели вариабельности сердечного ритма (HR, RMSSD, SI, LF, IC, ПАРС) без наличия взаимосвязей между данными сформированными системными структурами. В то же время в группе сыктывкарцев наблюдается наличие корреляционных взаимосвязей между параметрами сердечно-сосудистой системы и показателями ВСР, что является отражением сопряженной динамики параметров гемодинамики и кардиоритма. При этом как у магаданцев, так и у сыктывкарцев следует отметить максимальное количество связей в летний и осенний периоды исследования, в которые функциональное состояние испытуемых характеризуется максимальным напряжением. Обособление системы гемодинамики от параметров кардиоритма у обследуемых, проживающих в условиях Северо-Востока России, по-нашему мнению, является предпосылкой для выраженной значимой сезонной динамки показателей САД, ДАД и ОПС. А выявленная жесткая структура с наличием сильных корреляционных взаимосвязей с высоким уровнем значимости в течение всего периода исследования является следствием установленного напряжения в деятельности системы гемодинамики у магаданцев. Таким образом, сравнительное исследование функционального состояния на примере параметров сердечно-сосудистой системы и показателей ВСР у испытуемых, проживающих в условиях Европейского Севера и Северо-Востока, России выявило следующее: наибольшее напряжение в регуляции сердечно-сосудистой системы характерно для мужчин, проживающих в Магадане (в более суровых природно-климатических условиях) и в большей степени выражено в зимний период года. Так, к выявленным особенностям функционального состояния их сердечно-сосудистой системы относятся высокие значения САД и ОПС сосудов с наивысшими величинами в зимний этап исследования, формированием жесткой корреляционной структуры этих показателей наряду с определенным снижением ВСР относительно группы сыктывкарцев. В то же время у жителей Европейского Севера страны максимальное напряжение функционального состояния организма наблюдается в летний период года и характеризуется повышением ЧСС, ДАД, снижением ВСР, наличием дизадаптивных проявлений вследствие одновременного превалирования как симпатического, так и парасимпатического отдела ВНС, нарастающей централизацией в регуляции сердечного ритма, повышением корреляционных взаимосвязей между параметрами гемодинамики и кардиоритма. Относительно сезонной динамики изучаемых показателей следует отметить, что в вегетативной регуляции сердца и гемодинамике имеют место разнообразные проявления у испытуемых, проживающих в различных регионах страны. В целом функциональные перестройки в ответ на изменение факторов окружающей среды у сыктывкарцев достигаются посредством нейровегетативной регуляции, тогда как у магаданцев наибольшим адаптационным сдвигам подвержена система гемодинамики.

About the authors

I V Sukhanova

Scientific-research Center "Arktika" FEBRAS

Magadan

C I Vdovenko

Scientific-research Center "Arktika" FEBRAS

Magadan

A L Maximov

Physiological Institute, Komi Scientific Research Center of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Syktyvkar, Russia

A L Markov

Physiological Institute, Komi Scientific Research Center of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Syktyvkar, Russia

Iu G Solonin

Physiological Institute, Komi Scientific Research Center of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Email: solonin@physiol.komisc.ru
Syktyvkar, Russia

E R Boiko

Physiological Institute, Komi Scientific Research Center of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Syktyvkar, Russia

References

Supplementary files