Analysis of respiratory indices in young men who have resided for extended periods in diverse climatic and geographic environments of Russia (the European Arctic, the Far North, and the central regions of the Russian Federation)

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Вопросы оптимальной адаптации и поддержания гомеостаза организма человека являются первостепенными применительно к различным по своим характеристикам, но при этом во многом одинаково суровым природно-климатическим условиям Северо-Востока и Европейского Заполярья Северо-Запада России. Жесткий температурно-ветровой и влажностный режимы, резкая сезонная контрастность температур окружающего воздуха, выраженный фотопериодизм, повышенная радиационная и электромагнитная активность оказывают свое воздействие, как на пришлое, так и укорененное население указанных регионов. Зачастую это сочетается с низко развитой социальной инфраструктурой в местах проживания или работы, что лишь усугубляет воздействие абиотических факторов на организм человека, который не может быть полностью защищен или изолирован от влияния данного комплекса условий высоких широт Севера.

Несмотря на то, что Северо-Восток и Европейское Заполярье России в принципе относятся к одному географическому понятию «Север», они в значительной степени отличаются по своим климатическим характеристикам, что не всегда можно объяснить различной широтностью данных регионов. Так, Кольское заполярье (Мурманская обл.) имеет относительно мягкий климат, что обусловлено влиянием теплых воздушных масс, формирующихся над Северо-Атлантическим морским течением [1]. Отметим, что на Кольском полуострове время напряженной холодовой терморегуляции составляет в среднем 152 дня, а на арктическом побережье Крайнего Севера – 345 дней [2]. При этом Магаданская область, как пример региона, относящегося к Крайнему Северу, испытывает влияние континентальных арктических масс холодного воздуха. Антициклонический тип погоды обусловливает зимой низкие температуры не только на севере, но и на юге Магаданской области, в г. Магадане [3]. Отметим, что в отношении Северо-Востока России было описано явление циркумполярного гипоксического синдрома (или магаданской пневмопатии), формирующийся при низких температурах и низкой абсолютной влажности воздуха, в условиях которых развивается тканевая гипоксия вследствие нарушения диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану и формирования каскада свободнорадикальных реакций на фоне увеличения гормонов стресса [4, 5]. Кроме того, негативное влияние абиотических факторов среды ведет к перестройке эластического аппарата легких, повышенным влагопотерям органов дыхания, высокой частоте встречаемости болезней респираторной системы [6, 7]. В целом можно говорить о том, что несмотря на общее повышение уровня жизни и улучшение медицинского обслуживания, система внешнего дыхания в условиях Севера по-прежнему остается весьма уязвимой [8]. При этом необходимо четко разделять влияние на функционирование внешнего дыхания непосредственно условий Севера и длительного проживания в данных условиях («северного стажа») [9].

Цель исследования. Выявить особенности функционирования системы внешнего дыхания у лиц молодого возраста, проживающих в различных эколого-климатических условиях Российской Федерации.

МЕТОДЫ

В ходе комплексных научно-исследовательских работ в октябре-ноябре 2024 года было обследовано 424 здоровых юноши 17-21 года –­ представителей трех макрорегионов – Арктической Зоны РФ (г. Мурманск), Крайнего Севера (г. Магадан) и средней полосы РФ (г. Ульяновск). Работа выполнялась на базе, соответственно, ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет» (Медицинский институт и Морская Академия), ФГБОУ ВО Северо-Восточного государственный университет и ФГБОУ ВО "Ульяновский Государственный Университет" (Институт медицины, экологии и физической культуры). Всего было обследовано 65 юношей в г. Мурманск, 265 юношей в г. Магадан, 94 юноши в г. Ульяновск. Все обследованные лица были европеоидами, учащимися средних специальных и высших учебных заведений, имеющие стандартную физическую нагрузку в рамках учебного процесса. Курящих юношей в среднем по выборке было 33%, средний стаж курения 2,91±0,25 лет. В таблице 1 представлены основные соматометрические характеристики обследованных лиц.

Критерии включения в исследование: мужской пол, юношеский период онтогенеза отсутствие острых и хронических заболеваний, жалоб на состояние здоровья, наличие информированного согласия. Все лица, вошедшие в выборку, являлись постоянными жителями исследуемого региона.

Таблица 1.

Северо-Запад РФ (Мурманская область) характеризуется относительно мягким климатом, сформированный под влиянием тёплых воздушных масс, с положительной среднегодовой температурой самого г. Мурманска (2,1 С⁰). Северо-Восток РФ (Магаданская область) подвержен постоянному влиянию арктических воздушных масс, когда температура окружающего воздуха опускается до -55 С⁰ (центральные районы области) со среднегодовой температурой -2,7 С⁰ (г. Магадан) [1, 3]. В качестве контрольной группы рассмотрена популяции юношей – уроженцев средней полосы России (Ульяновская область) так как данный регион характеризуется умеренно-континентальным климатом [10] и его можно рассматривать как регион, комфортный для проживания (среднегодовая температура 5,2 С⁰).

Функция внешнего дыхания (ФВД) оценивалась с помощью прибора «Диамант-C» (Россия), работающего по принципу индексации объемной спирометрии (тип сенсора – Лилли). Полученные показатели ФВД сравнивались с должными значениями, рассчитанными для популяции жителей центральной части РФ по формуле ДВ = k1 × Рост(см) + k2 × Возраст(лет) + k3, где k1, k2, k3 — коэффициенты, полученные на основании популяционных исследований и регрессионного анализадля каждого параметра ФВД, с учетом пола, роста и возраста пациента [11, 12]. Анализировались показатели: время выполнения маневров (Тжел, с; Тфжел, с), жизненная и форсированная емкость легких (ЖЕЛ, л; ФЖЕЛ, л), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1, л), пиковая объемная скорость (ПОС, л/с), время достижения ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ПОС (c), мгновенные объемные скорости на участках 25%, 50%, 75% от ФЖЕЛ (МОС_25%; МОС_50%; МОС_75%, л/с), средняя объемная скорость (СОС_25-75%, л/с), а также индексы Генслера и Тиффно (ИТ; ИГ, усл. ед.). В прибор заранее вводились показатели температуры воздуха в помещении, а также атмосферного давления. Перед каждым испытуемым прибор подвергался объемной калибровке. Исследовательские работы проводились в соответствии с принципами Хельсинской Декларации при одобрении локального этического комитета НИЦ «Арктика» ДВО РАН (заключение № 002/021 от 26.11.2021 г.). До включения в исследование у всех обследуемых было получено добровольное письменное информированное согласие. Статистическая обработка данных производилась с помощью пакета Microsoft Excel 2013. Рассчитывались средние величины показателей (M) с ошибкой средней (± m). Значимость различий оценивалась с помощью критерия Шеффе. При р<0,05 принималась нулевая гипотеза о наличии различий между представленными выборками.

 
 РЕЗУЛЬТАТЫ

При рассмотрении функции внешнего дыхания (табл. 2) юношей г. Магадана и г. Мурманска можно констатировать, что, несмотря на отсутствие межгрупповых изменений показателя жизненной емкости легких, наблюдались различия в отношении форсированной емкости легких, а также времени выполнения данного дыхательного маневра. Оба показателя были значимо выше в группе мурманчан, причем ФЖЕЛ был выше как в абсолютном (л), так и относительном (%, долж.) значениях. Кроме того, схожая картина наблюдалась применительно к показателю пиковой объемной скорости, которая также была выше в группе юношей г. Мурманск. Тем не менее, большинство обнаруженных различий имели противоположную направленность, причем все они относились либо к индексам Генслера и Тиффно, либо к группе значений, характеризующих бронхиальную проходимость всех без исключения участков бронхиального дерева. Так, диаметр крупных бронхов (МОС_25%) был значимо выше у юношей из г. Магадана, при этом в обеих группах значения несколько выходили за границы нормативов, общепринятых в качестве среднероссийских должных уровней. Проходимость средних бронхиол (МОС_50%) демонстрировала еще больший разрыв у жителей разных регионов, при том, что у магаданцев она была выше должного уровня, а у мурманчан опускалась до 95%. Наибольшие отличия были зафиксированы в отношении проходимости дистальных бронхиол (МОС_75%), показатель которых увеличивался более чем на треть от нормативных значений у юношей г. Магадана и лишь незначительно был повышен у юношей из г. Мурманска. Данная картина позволила установить, что средняя объемная скорость бронхопроходимости легочного дерева в Мурманске все же соответствовала должным величинам, в то время как для г. Магадана она была на 15% выше и значимо отличалась от юношей-мурманчан. Оба индекса (Тиффно и Генслера) в целом не выходили за границы должных значений, характерных для нормальных здоровых лиц, но у магаданцев они были выше, что в большей степени было характерно для индекса Генслера.

 Таблица 2. 

При сравнении лиц, проживающих в различных климатических регионах – Крайний Север (г. Магадан) и условно-комфортная климатическая часть РФ (средняя полоса, г. Ульяновск) были обнаружены достаточно интересные тенденции. Если говорить об объемных величинах легких – жизненной и форсированной, то можно говорить об их значимом повышении у юношей–жителей средней полосы России. По мере перехода от объемных к объемно-скоростным показателям при рассмотрении межгрупповых изменений можно наблюдать практически полное отсутствие значимых различий у юношей–представителей вышеуказанных регионов. При этом максимальные полученные значения фиксировались исключительно у магаданцев – до 109% относительно должных величин (крупные бронхи). С уменьшением структурных единиц легких наблюдались заметно большие отклонения от должных величин и, как следствие, более выраженные межгрупповые различия. Показатели проходимости средних бронхов, оставаясь у жителей комфортной зоны проживания на должном уровне, значимо повышались у магаданцев до 113%. Мелкие (дистальные) бронхиолы демонстрировали самый значительный рост у лиц обеих групп, при этом межгрупповой разрыв также был самый большой для данного показателя состояния легочной системы (разница в 27%). Средняя объемная скорость в относительных (%) величинах значимо не различалась, однако разница между лицами из средней полосы и г. Магадана также была существенна (11%). Оба индекса (ИТ, ИГ) были выше у юношей г. Магадана, отличаясь в большую сторону относительно лиц из средней полосы РФ.

Следует отметить практически полное отсутствие различий между группами юношей г. Мурманска и г. Ульяновска. Лишь ЖЕЛ – единственный показатель из всех проанализированных характеристик у юношей из средней полосы России был значимо выше, чем у мурманчан и к тому же являлся наивысшем среди юношей всех обследованных групп.

ОБСУЖДЕНИЕ

Ранее проведенными исследованиями было показано, что у жителей северных регионов наблюдается стойкий бронхоконстрикторный эффект в результате воздействия на легочные структуры низких температур, который рассматривается как вариант «холодовой травмы» [13]. Проведенные нами сравнительные исследования среди жителей г. Сыктывкара и г. Магадана выявили функциональные перестройки в организме в ответ на изменения факторов внешней среды [14]. Текущее исследование, затрагивающее непосредственно Арктическую зону РФ в сравнении с регионом Крайнего Севера и средней полосы РФ, позволяет констатировать, что максимальное количество изменений в работе ФВД в пределах должных величин было зафиксировано для жителей г. Магадана. При этом у юношей из указанного региона не только не было обнаружено признаков бронхообструкции, но наблюдалась противоположная тенденция. Первый маркер нарушения проходимости бронхов (ОФВ₁) [15] у магаданских юношей был максимальным среди всех обследованных групп, индексы Тиффно и Генслера также значимо отличались в большую сторону на фоне юношей из Мурманска и Ульяновска. Но самые высокие различия были установлены в отношении проходимости нижних участков трахеобронхиального дерева, где увеличение диаметра дистальных бронхиол более чем на треть превышало должную величину. Следует предположить, что значительное повышение показателей, характеризующих проходимость бронхиол, направлено на защиту легких от развития функциональных нарушений в результате пневмосклероза, обусловленного увеличением секреции слизи вследствие увеличения числа бокаловидных клеток как адаптивного ответа организма на повышенное кондиционирование холодным и сухим атмосферным воздухом северных территорий [13, 16, 17]. Отсутствие подобных проявлений у юношей г. Мурманска возможно связано с тем, что в Арктической зоне РФ на первое место по воздействию абиотических факторов на организм выходит измененный фотопериодизм высоких широт: короткий световой день зимой и длинный летом, в то время как в условиях Крайнего Севера это, прежде всего, длительные стойкие отрицательные температуры окружающего воздуха на фоне его низкой относительной влажности [18]. На рисунке графически отмечено с какого момента на функционально-организационном уровне начинается значительное расхождение показателей ФВД лиц, проживающих в обследованных регионах. При этом объемные величины легких, характеризующие общую воздухоносность респираторной системы (на примере ФЖЕЛ) у юношей г. Магадана были значимо ниже, что особенно хорошо видно при сравнении их с юношами г. Ульяновска и представляется вполне обоснованной компенсаторно-приспособительной реакцией в ответ на жесткий температурно-влажностный режим г. Магадана, так как охлаждение дыхательных путей может способствовать чрезмерному охлаждению лёгочной ткани из-за дисбаланса между поступающим в дыхательные пути воздухом и пристеночной температурой [19]. В этой связи увеличение калибра средних и, особенно, мелких бронхиол у магаданцев позволяет с одной стороны усилить легочный газообмен, необходимый для обеспечения повышенных северных энергозатрат, а с другой – защитить чувствительные мелкие структуры ацинусов легких от действия низких температур, так как на уровне терминальных бронхиол конвективный внутрилегочный воздушный поток уступает место диффузии как основному механизму доставки воздуха в респираторную зону легких [20].

Рисунок.

При рассмотрении количества лиц, обследованных в каждой выборке, где имело место отклонение основных показателей ФВД от должных (100%) величин в большую или меньшую сторону, можно констатировать примерно одинаковое распределение для мурманчан, ульяновцев и магаданцев по жизненной емкости легких с некоторым преобладанием превышения нормативов (у 58%, 52% и 57% юношей, соответственно). Значительно чаще в популяции обследованных встречались отклонения по интегральному показателю, характеризующему бронхопроходимость большей части легочного дерева – средней объемной скорости. В Ульяновске 59% юношей имели превышение нормативного показателя по СОС_25-75%, в Мурманске – 42%, в Магадане – 77%. Данное обстоятельство еще раз косвенно указывает на то, что критическими структурами легких с точки зрения формирования напряжения в результате долгосрочного адаптивного ответа представляются средние и мелкие бронхиальные структуры, отражением состояния которых является показатель СОС_25-75%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты позволили установить региональные особенности функционирования системы внешнего дыхания у лиц молодого возраста, проживающих в экстремальных природно-климатических условиях Арктической зоны РФ и Крайнего Севера. В целом проведенное исследование указывает на сформировавшуюся картину повышенного напряжения в работе функции внешнего дыхания в первую очередь у юношей, длительно проживающих в условиях Крайнего Севера (г. Магадан) даже в сравнении с лицами из Арктической зоны Российской Федерации (г. Мурманск). При этом оптимальные характеристики ФВД отмечались у обследованных юношей из средней полосы РФ (г. Ульяновск), для которых по ряду характеристик бронхолегочной системы отклонения от должных величин были минимальны.

About the authors

Sergei Vdovenko

Author for correspondence.
Email: vdovenko.sergei@yandex.ru

References

Supplementary files