Seasonal dynamics of endocrine parameters in young men and women in the Subarctic and their relationship with photoperiod and meteorological factors

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Жизнедеятельность современного человека в условиях западной культуры характеризуется существенным снижением амплитуды циклических реакций, что, вероятно, обусловлено деградацией естественной ритмичности экологических триггеров (инсоляции, режима питания), регулирующих данные процессы [1]. Как отмечают Линкольн и соавт. [2] в обзоре механизмов сезонности у млекопитающих, человеку присущи все элементы фотопериодизма, однако они выражены слабее. Тем не менее, адаптация организма к таким средовым факторам, как температура, освещенность и атмосферные осадки, может проявляться в форме сезонных колебаний метаболической, репродуктивной и психофизиологической систем, ключевым звеном регуляции которых выступают тиреоидные гормоны.

Воздействие низких температур значительно активирует гипоталамо-гипофизарно-тиреоидную ось: усиление синтеза тиреотропин-рилизинг-гормона (ТРГ) и секреции тиреотропного гормона (ТТГ) в сочетании с ростом концентрации тиреоидных гормонов в сыворотке крови обеспечивают интенсификацию термогенеза и адаптацию к холоду [3].

Ряд исследователей отмечали значительное снижение уровней свободных фракций йодтиронинов в период от лета к зиме, как у мужчин, так и у женщин в Якутии [4]. Ранее также сообщалось о сезонных колебаниях концентраций йодтиронинов и ТТГ у подростков [5] и взрослого населения Европейского Севера России [6]. Мы полагаем, что сезонная динамика тиреоидных гормонов детерминирована внешним фотопериодизмом, который запускает центрально-опосредованный ответ оси гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа. Это проявляется как в изменении секреторной активности самой железы [7], так и в перестройке периферического метаболизма йодтиронинов [8].

Влияние светового режима на репродуктивную функцию человека изучено недостаточно, однако ряд авторов предполагает, что колебания уровней половых стероидов могут быть обусловлены фотопериодизмом или температурой окружающей среды. Так, исследование с участием 11000 мужчин на юго-западе США выявило статистически значимые сезонные различия в уровнях эстрадиола, ФСГ, ГСПГ (SHBG) и соотношении тестостерон/эстрадиол [9]. Исследование в Норвегии продемонстрировало выраженные колебания тестостерона с амплитудой до 31% между пиковыми (осень) и минимальными (лето) значениями [10]. В то же время анализ данных мужчин из Сан-Диего (США), выполненный тем же автором [11], равно как и ряд других американских исследований [12], не выявил значимой сезонной динамики тестостерона. Следует отметить, что Норвегия характеризуется значительно более выраженными межсезонными колебаниями температуры и продолжительности светового дня по сравнению с США, в связи с чем нельзя исключать влияние фотопериода на эндокринную систему современного человека. Подобные гормональные сдвиги, в свою очередь, могут детерминировать сезонную изменчивость физиологических параметров и репродуктивной функции, а также влиять на патогенез и обострение ряда заболеваний.

Учитывая имеющиеся публикации, можно предположить, что цирканнуальные колебания уровней репродуктивных гормонов у женщин обладают региональной специфичностью и обусловлены местными климатическими условиями. Так, исследование влияния сезонности на гормональный профиль 10 жительниц Финляндии выявило, что период май–июнь характеризуется повышением концентрации ФСГ и эстрадиола в фолликулярной фазе. Эти данные указывают на то, что продолжительный световой день ассоциирован с повышенной активностью гипоталамо-гипофизарно-яичниковой оси [13]. В то же время результаты другого проспективного исследования свидетельствуют об усилении секреции ЛГ в середине фолликулярной фазы в темное время года, что может быть обусловлено гиперсекрецией мелатонина и снижением яичниковой активности в данный период [14].

ЦЕЛЬ

Цель настоящего исследования ‒ изучить влияние сезонной динамики метеорологических факторов субарктического климата (температуры, атмосферного давления, влажности воздуха и продолжительности светового дня) на сывороточные уровни тиреоидных и половых гормонов у молодых мужчин и женщин, постоянно проживающих в г. Архангельске.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Проведено аналитическое проспективное неконтролируемое исследование с участием 40 клинически здоровых жителей г. Архангельска (64°32′24.4″ с. ш.), в том числе 20 мужчин (средний возраст 33,3 ± 5,3 года) и 20 женщин (средний возраст 35,7 ± 3,9 года). Одни и те же добровольцы обследовались четырехкратно (март, июнь, сентябрь, декабрь) в течение года: мужчины в 2018 г., женщины в 2022 г. От всех участников получено добровольное информированное согласие. Критериями включения являлись: возраст от 25 до 44 лет, индекс массы тела от 18,5 до 25 кг/м², отсутствие эндокринной патологии, проживание на севере европейской территории России в двух и более поколениях. Дополнительные критерии для женщин: забор крови в фолликулиновую фазу менструального цикла и отсутствие приема гормональных контрацептивов. На момент забора крови все обследуемые не имели обострений хронических заболеваний и не переносили острых респираторных вирусных инфекций в течение 2-3 недель, предшествующих исследованию. По результатам лабораторного скрининга у всех участников отсутствовали антитела к тиреопероксидазе и тиреоглобулину. Исследование проведено в соответствии с этическими принципами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964 г., ред. 2013 г.) и одобрено этическим комитетом ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН (протоколы № 1 от 15.03.2018 г. и № 3 от 09.02.2022 г.). Забор крови осуществлялся в утренние часы (с 8:00 до 10:00) строго натощак, после 12–14-часового ночного голодания. Количественное определение концентрации гормонов в сыворотке крови проводили методом иммуноферментного анализа на автоматическом анализаторе ELISYS Uno (Human GmbH, Германия). Содержание общих и свободных фракций йодтиронинов, а также тироксинсвязывающего глобулина (ТСГ) определяли с использованием реагентов ООО «Компания Алкор Био» (Россия); уровни эстрадиола и антиспермальных антител (АСАТ) ‒ с помощью наборов DRG Instruments GmbH (Германия).

Оценку климатогеофизических условий проводили по четырем показателям: температуре воздуха, относительной влажности, атмосферному давлению (фактические значения на 09:00 по местному времени), а также продолжительности светового дня. Климатические данные были получены из архива метеорологических наблюдений (г. Архангельск) на специализированном ресурсе https://rp5.ru.

Статистическая обработка данных выполнена в программе STATISTICA v.10.0. Проверка распределения на нормальность проводилась с помощью критерия Колмогорова–Смирнова. Ввиду распределения большинства признаков, отличного от нормального, использовались непараметрические методы анализа. Сезонная динамика уровней гормонов оценивалась с помощью дисперсионного анализа повторных измерений Фридмана с последующим попарным сравнением критерием Вилкоксона с поправкой Бонферрони. Межгрупповые различия (мужчины и женщины) определяли с использованием U-критерия Манна–Уитни. Значимость сезонных изменений климатических показателей оценивали критерием Краскела–Уоллиса с последующим попарным сравнением методом Тьюки. Взаимосвязь между гормональными и климатическими параметрами исследовали с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена (ρ).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Климатические характеристики, регистрируемые в городе Архангельске в период обследования мужчин и женщин, представлены в табл. 1.

Сезонная динамика гормонов системы гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа у мужчин и женщин описана нами ранее [15, 16]. Также была описана сезонная динамика гормонов системы гипоталамус–гипофиз-гонады у мужчин [17]. Сравнение показателей гипофизарно-тиреоидной системы, уровней эстрадиола и АСАТ у мужчин и женщин в различные фотопериоды года выявило статистически значимо более высокие уровни Т3 у женщин, при этом у обоих полов отмечены летний максимум и осенний минимум; динамика уровней Т4 также совпала у мужчин и женщин с максимумом летом и минимумом зимой. В отличие от мужчин для женщин характерна сезонность уровней свободных фракций йодтиронинов с летним максимумом и зимним минимумом для св. Т3 и осенним минимумом для св. Т4. У мужчин в отличие от женщин были выявлены статистически значимые признаки вариабельности уровней ТСГ, эстрадиола и АСАТ (с максимальными значениями летом, осенью и зимой и минимальными – зимой, зимой и летом соответственно) [17]. Содержание эстрадиола у женщин также как у мужчин было минимальным в декабре, и максимальным в сентябре, хотя и без статистической значимости. Сезонные колебания показателей гипофизарно-тиреоидной системы, уровней эстрадиола и АСАТ у мужчин и женщин представлены на рисунке 1.

Для исследования влияния климатических факторов на уровни показателей гипофизарно-тиреоидной и гипофизарно-гонадной систем с учётом пола провели корреляционный анализ взаимосвязей между изучаемыми параметрами (табл. 2). В группе мужчин обнаружена умеренная положительная корреляционная зависимость между длиной светового дня и концентрацией Т4 (ρ=0,35; p=0,001), между длиной светового дня и концентрацией ТСГ (ρ=0,32; p=0,004), между температурой воздуха и концентрацией эстрадиола (ρ=0,38; p=0,001); умеренная отрицательная корреляционная зависимость между атмосферным давлением и концентрацией ТСГ (ρ=-0,35; p=0,001). Также в группе мужчин показана слабая положительная корреляционная взаимосвязь между температурой воздуха и концентрацией ТСГ (ρ=0,23; p=0,033), между длиной светового дня и концентрацией Т3 (ρ=0,22; p=0,045), между длиной светового дня и концентрацией эстрадиола (ρ=0,29; p=0,009); слабая отрицательная корреляционная взаимосвязь между атмосферным давлением и концентрацией Т4 (ρ=-0,29; p=0,04), между атмосферным давлением и концентрацией эстрадиола (ρ=-0,25; p=0,023), между длиной светового дня и концентрацией АСАТ (ρ=-0,24; p=0,03), между температурой воздуха и концентрацией АСАТ (ρ=-0,29; p=0,009).

В группе женщин обнаружена умеренная положительная корреляционная зависимость между длиной светового дня и концентрацией Т4 (ρ=0,39; p=0,0001), между длиной светового дня и концентрацией свободного Т3 (ρ=0,33; p=0,003), между длиной светового дня и концентрацией свободного Т4 (ρ=0,47; p=0,0001), между температурой воздуха и концентрацией Т4 (ρ=0,30; p=0,006); умеренная отрицательная корреляционная зависимость между атмосферным давлением и концентрацией Т4 (ρ=-0,33; p=0,003). Также в группе женщин показана слабая отрицательная корреляционная взаимосвязь между влажностью воздуха и концентрацией свободного Т4 (ρ=-0,25; p=0,024).

ОБСУЖДЕНИЕ

Наблюдался выраженный половой диморфизм не только в базальных уровнях сывороточных гормонов, но и в характере их адаптивного отклика на фотопериодизм. У женщин выявлена более высокая функциональная активность щитовидной железы (повышенные концентрации Т3, св. Т3 и ТСГ на фоне более низких значений св. Т4), что, вероятно, опосредовано влиянием эстрогенов и может быть обусловлено большей периферической конверсией йодтиронинов у женщин. В отличие от мужчин, у женщин обнаружена значимая динамика свободных фракций йодтиронинов: их уровни достигали максимума в весенне-летний период и снижались в осенне-зимний. Данную закономерность можно рассматривать как признак более высокой чувствительности женской эндокринной системы к условиям среды. С эволюционной точки зрения это объясняется необходимостью мобилизации пластических ресурсов организма, ориентированного на репродуктивную функцию, в меняющихся условиях обитания. Напротив, отсутствие сезонной динамики св. Т3 и св. Т4 у мужчин может указывать на стабильность тканевой потребности в энергетических и пластических ресурсах вне зависимости от температурного режима и смены сезонов года.

Выявленный летний максимум общих фракций йодтиронинов (у обоих полов), их свободных фракций (у женщин) и ТСГ (у мужчин) коррелирует с увеличением светового дня, повышением температуры воздуха и снижением влажности. Напротив, высокие показатели влажности и давления в сентябре и декабре сочетались с низкими значениями Т3 и Т4. Положительные корреляции йодтиронинов с фотопериодом и температурой указывают на закономерное снижение синтетической активности щитовидной железы зимой с последующим ТТГ-опосредованным компенсаторным ростом уровней гормонов в весенне-летний период, как у мужчин, так и у женщин.

Результаты исследования позволяют утверждать, что солнечное сияние и температура воздуха не являются определяющими факторами в динамике половых гормонов у женщин приполярных регионов. В то же время выявленные особенности подчеркивают значимый вклад половых стероидов в адаптацию мужского организма к сезонным изменениям климата. Несмотря на существующие предположения о том, что сокращение светового дня может влиять на функцию яичников через изменение секреции ЛГ и ФСГ [14], наши данные свидетельствуют об отсутствии сезонной изменчивости и климатической зависимости уровней половых гормонов в фолликулярную фазу цикла у женщин Субарктики. Вероятно, у адаптированного женского населения высокая степень сопряженности яичниковой и гипофизарной активности обеспечивает стабильность фолликулогенеза в течение всего года, что подтверждает гипотезу о «стабилизации репродуктивной функции» в экстремальных условиях [18].

У мужчин положительная корреляция уровней эстрадиола с температурой и длиной светового дня отражает зависимость метаболических процессов от уровня мелатонина. Мелатонин, обладая антиэстрогенным действием, ингибирует фермент ароматазу, превращающую андрогены в эстрогены [19], что закономерно приводит к снижению сывороточного эстрадиола в период минимальной продолжительности светового дня (декабрь).

Отрицательные корреляции уровней АСАТ с длиной светового дня и температурой указывают на их сезонные флуктуации с пиком в декабре. Сокращение фотопериода, вероятно, выступает триггером активации иммунной системы, что можно рассматривать как адаптивный механизм подготовки организма к неблагоприятным условиям зимнего периода [20].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные свидетельствуют о том, что летний период с продолжительным фотопериодом ассоциирован с повышением активности гипофизарно-тиреоидной системы, в то время как функция яичников не проявляет значимой связи с продолжительностью светового дня. Установлено, что климатические факторы Арктического региона, в частности длина светового дня и температура воздуха, оказывают существенное влияние на эндокринный профиль. При этом сезонные колебания уровней репродуктивных гормонов и АСАТ более выражены и климатически зависимы у мужчин, чем у женщин, что указывает на гендерные различия в адаптивных реакциях эндокринной системы к условиям высоких широт. Мы полагаем, что у адаптированных женщин механизмы саморегуляции репродуктивной функции настолько отлажены, что сезонные колебания продолжительности светового дня или температуры воздуха не вызывают цирканнуальных изменений уровней эстрадиола в первой фазе цикла. Учитывая другие публикации о динамике уровней половых стероидов в течение года [9-14], можно предположить, что цирканнуальные колебания уровня половых гормонов могут быть регионально специфичны и обусловлены местными климатическими условиями. Фотопериод является ведущим ритмообразующим фактором для свободных фракций йодтиронинов, определяющих интенсивность тканевого обмена, исключительно у женщин. Это может свидетельствовать о более высокой чувствительности женского организма к региональному дефициту йода, который модулирует гормональный статус в зависимости от сезона.

Установленные нами закономерности, а также вариабельность, описанная в литературе, делают важным проведение дальнейших исследований, охватывающих более широкий географический регион, для подтверждения полученных результатов.

Таблица 1. Метеорологические факторы, регистрируемые в г. Архангельск в периоды проведения исследования в мужской (2018 г.) и женской выборках (2022 г.) (результаты представлены в виде медианы и квартилей (Q1; Q3), соответствующих 25 и 75 перцентилям)

Table 1. Meteorological factors recorded in Arkhangelsk during the study periods in the male (2018) and female samples (2022) (results are presented as medians and quartiles (Q1; Q3) corresponding to the 25th and 75th percentiles)

Месяц	год	Влажность, %	Давление, мм. рт. ст.	Температура,  ºС	Длина светового дня, мин.
Март	2018	83,0 (75,0; 88,5)	758,2 (751,0; 761,8)	-11,8 (-16,6; -6,8)	710,0 (656,0; 763,0)
	2022	76,5 (66,0; 85,0)	764,6 (756,2; 769,0)	-3.8 (-9.4; -0,2)
Июнь	2018	73,0 (56,0; 89,5)	755,3 (751,5; 760,9)	10,8 (7,1; 17,1)	1279,5 (1261,0; 1289)
	2022	72,5 (55,5; 86,0)	757,5 (754,3; 763,3)	14,4 (11,2; 17,7)
Сентябрь	2018	92,0 (83,0; 97,0)	754,9 (751,0;768,0)	11,2 (7,5; 14,0)	777,0 (725,0; 830,0)
	2022	85,0 (77,0; 94,5)	760,3 (754,2 764,1)	8,9 (6,2; 10,7)
Декабрь	2018	90,0 (86,0; 93,0)	760,9 (756,5; 772,2)	-7,6 (-12,2; -4,3)	243,0 (237,0; 259,0)
	2022	88,0 (85,0; 90,0)	762,4 (755,9; 767,5)	-8,4 (-10,7; -6,0)

Примечание. Апостериорные сравнения, проводившиеся с использованием критерия Тьюки для нахождения разницы между компонентами климата во всех четырёх сезонах года, показали значимость p<0,05 во всех компонентах, кроме атмосферного давления между мартом и сентябрём 2018 г. (p=0,74), мартом и декабрём 2022 г. (p=0,98), июнем и сентябрём 2022 г. (p=0,99), и относительной влажности воздуха между сентябрём и декабрём 2018 г. (p=0,98).

 

Таблица 2. Коэффициенты корреляции между метеорологическими факторами и эндокринными показателями у молодых мужчин и женщин г. Архангельска

Table 2. Correlation coefficients between meteorological factors and endocrine indicators in young men and women of Arkhangelsk

Показатель	температура		длина дня		давление		влажность
	♂	♀	♂	♀	♂	♀	♂	♀
Т3	‒0,01	‒0,06	0,22*	0,12	0,05	0,01	‒0,16	‒0,12
Т4	0,17	0,30**	0,35**	0,39***	‒0,29*	‒0,33**	‒0,18	‒0,06
Св. Т3	0,05	0,14	0,02	0,33**	0,07	0,01	‒0,10	‒0,20
Св. Т4	0,05	0,07	0,09	0,47***	0,1	‒0,18	0,05	‒0,25*
ТСГ	0,23*	‒0,07	0,32**	‒0,19	‒0,35**	0,14	‒0,01	0,15
эстрадиол	0,38**	0,14	0,29**	0,1	-0,25*	0,06	0,04	-0,11
АСАТ	-0,29**	-0,14	-0,24*	-0,1	0,17	0,15	0,07	0,12

Примечание. * ‒ 0,01<p <0,05; ** ‒ 0,001<p <0,01; *** ‒ p <0,001.

Рис. 1 Содержание общих и свободных фракций йодтиронинов, ТСГ, эстрадиола и АСАТ у мужчин и женщин в различные фотопериоды года: данные представлены в виде диаграммы размаха «ящик с усами», где средняя линия показывает медиану, границы ящика – 1-ый и 3-ий квартиль, усы – размах от минимума до максимума.

Fig. 1. Content of total and free fractions of iodothyronines, TBG, estradiol and ASAB in men and women in different photoperiods of the year: the data are presented as a box-and-whisker plot, where the middle line shows the median, the box boundaries are the 1st and 3rd quartiles, and the whiskers are the range from minimum to maximum.

About the authors

Irina Nikolaevna Molodovskaya

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: pushistiy-86@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3097-9427
SPIN-code: 2220-1377
Scopus Author ID: 57140775500
ResearcherId: AGA-9279-2022

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher at the laboratory of endocrinology named after professor A. V. Tkachev of the Institute of physiology of natural adaptations

Russian Federation, Nikolsky av., 22, Arkhangelsk, Russian Federation, 163000

Valentina Nikolaevna Zyabisheva

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: razvalush@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6133-8249
SPIN-code: 4062-8845

Junior Researcher at the laboratory of endocrinology named after professor A. V. Tkachev of the Institute of physiology of natural adaptations

Russian Federation, Nikolsky av., 22, Arkhangelsk, Russian Federation, 163000

Elena Vasil'evna Tipisova

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tipisova@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-2097-3806
SPIN-code: 9490-2026

Dr. Sc.(Biology), chief research scientist, Head of laboratory of endocrinology named after prof. A.V. Tkachev of the Institute of physiology of natural adaptations

Russian Federation, Nikolsky av., 22, Arkhangelsk, Russian Federation, 163000

References

Supplementary files