HUMAN PHYSIOLOGICAL CONDITIONS AT DIFFERENT STAGES OF ADAPTATION TO THE HIGH NORTH

Full Text

Введение Проблема сохранения здоровья населения регионов Севера определяет необходимость глубокого и всестороннего изучения физиологических механизмов системной адаптации пришлого населения [3, 7], так как продолжающиеся исследования в области адаптивности человека могут сыграть определенную роль в улучшении и решении глобальных проблем здравоохранения [15]. Однако проблемы жизне обеспечения человека в условиях Севера до сих пор нельзя считать решенными как в практическом, так и в теоретическом смысле [6, 14]. Вот уже более века антропологи и физиологи систематически изучают процессы адаптации к средовым стрессорам, влияющие на биологическую изменчивость человека [12]. В области биологической антропологии адаптация часто рассматривается как происходящий процесс трех альтернативных 12 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 7, pp. 12-17 Original Articles взаимодействующих путей: генетической адаптации, физиологической, или функциональной, адаптации и культурно-поведенческой адаптации [4, 18-20]. Физиологическая адаптация мобилизуется для поддержания гомеостаза, позволяя оптимально поддерживать биологические функции организма (например, поддержание температуры тела, содержания кислорода в крови и тканей) в ответ на воздействие климатически-экологических стрессоров [17]. Ранее нами был разработан подход, основанный на выявлении степени напряжения в функционировании основных физиологических систем, отражающемся в отклонениях проанализированных показателей от физиологических норм, он лег в основу выявления степени адаптированности к экстремальным условиям Севера. Данный подход позволил выявить наиболее уязвимые физиологически системы при адаптации к проживанию в различных по экстремальности районах Дальневосточного региона [8]. С учетом данных наработок и того факта, что в текущее время на Северо-Востоке России сформировались и представлены популяции уроженцев-европеоидов первого - третьего поколений, возник определенный интерес, используя этот же подход, проанализировать степень напряжения основных физиологических систем организма в зависимости от длительности адаптации к условиям Севера. Исходя из вышеперечисленного целью данной работы определено проведение оценки степени коэффициентов напряжения основных физиологических систем функционального состояния у молодых жителей с различными периодами адаптации к условиям Севера. Методы С помощью метода случайной выборки были обследованы 1 310 юношей в возрасте от 17 до 21 года, постоянных жителей г. Магадана и Магаданской области. В зависимости от продолжительности проживания на Севере все обследуемые были разделены на четыре группы. В первую группу вошли европеоиды-мигранты - приезжие из центральных районов страны, имевшие непродолжительный срок проживания на Севере, в среднем (7,1 ± 1,3) года, эту группу мы обозначили как «нулевое поколение» (n = 89). Вторую группу представляли уроженцы региона в первом поколении из числа европеоидов, родители которых являлись европеоидами-мигран-тами (n = 705). В третью группу были включены уроженцы во втором поколении (n = 431), родители которых уже являлись уроженцами Магаданской области в первом поколении. Четвертую группу представили жители области, характеризовавшиеся самым продолжительным сроком проживания в условиях Северо-Востока России - юноши третьего поколения, у которых родители относились к представителям второго поколения (n = 85). Указанные исследования были проведены в период с 2009 по 2019 год. Степень напряжения в деятельности сердечно-сосудистой системы оценивалась на основе показателей сердечно-сосудистой системы путем измерения систолического (САД, мм рт. ст.) и диастолического (ДАД, мм рт. ст.) артериального давления с помощью автоматического тонометра Nessei DS-1862 (Япония), а также на основе изучения структуры капилляров и микроциркуляции в зоне кожного валика (эпонихия) ногтевого ложа с использованием компьютерного ви-деокапилляроскопа «Капилляроскан-1» (ООО «Новые энергетические технологии», Сколково), оснащенного оптическим зондом 400х. Все записи были сделаны в положении сидя при комфортной температуре окружающей среды от 22 до 25 °C с положением руки на уровне сердца [16]. В работе проанализированы следующие морфофункциональные показатели сосудов микроциркуляторного русла: диаметр венозного отдела (мкм), диаметр артериального отдела (мкм), длина капилляра (мкм), коэффициент деформации (усл. ед.). Выраженность напряжения в деятельности дыхательной системы оценивали по следующим показателям: МОС , МОС , МОС - мгновенные 25% 50% 75% объемные скорости на участках 25, 50 и 75 % от форсированной емкости выдоха, соотнесенные с должными величинами (компьютерный спироанализатор «Диамант-С», Санкт-Петербург). Для оценки показателей газообмена у юношей с помощью мeтаболографа «MedGraphics VO 2000» (США) в состоянии покоя определяли суточные энерготраты в (REE, ккал/день) и соотносили с должным уровнем (REE/Ped, %). Степень напряжения биохимического профиля оценивали на основе определения уровня глюкозы в капиллярной крови (ммоль/л), взятой в утренние часы натощак спустя 10 часов после последнего приема пищи с использованием портативного биохимического экспресс-анализатора «Cardio Chek PA» (США). Исследование было выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Протокол проводимого исследования был одобрен комиссией по биоэтике ФГБУН ИБПС ДВО РАН (№ 001/019 от 29.03.2019 г.). До включения в исследование у всех участников было получено письменное информированное согласие. Результаты В условиях северного региона значительная роль в выявлении особенностей функционирования организма принадлежит оценке состояния сердечно-сосудистой системы, отражающей «цену» адаптации к малокомфортным условиям проживания [5, 10, 11]. Для изучения проявления напряжения в деятельности сердечно-сосудистой системы на основе уровня артериального давления все обследованные лица были разделены на четыре группы в соответствии с рекомендациями Европейского общества кардиологов (ESC) 2018 [21]. Распределение юношей из числа представителей нулевого поколения по уровню артериального давления показало, что у 23 % об 13 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 7, с. 12-17 следованных наблюдался оптимальный уровень артериального давления, 30 % - нормальный уровень, 38 % - высокое нормальное артериальное давление (ВНАД). Кроме того, у 9 % юношей была зафиксирована артериальная гипертензия первой степени. В группе юношей первого поколения оптимальное артериальное давление было зафиксировано в 26 % случаев, нормальное артериальное давление было выявлено у 30 % юношей, 27 % характеризовались ВНАД, и для 17 % обследованных была характерна артериальная гипертензия I степени. У юношей второго поколения оптимальным артериальным давлением характеризовались 25 % обследованных, нормальное артериальное давление было характерно для 35 %, ВНАД было отмечено у 25 % молодых людей, и 15 % имели признаки артериальной гипертензии I степени. В группе представителей третьего поколения оптимальное артериальное давление было зафиксировано у 29 % в выборке, нормальным артериальным давлением характеризовались 41 % молодых людей, ВНАД было характерно для 21 % юношей, и у 9 % была выявлена артериальная гипертензия I степени. Частота встречаемости лиц с ВНАД и артериальной гипертензией I степени была нами расценена как степень напряжения в деятельности сердечно-сосудистой системы и составила в группе лиц нулевого поколения 47 %, у представителей первого поколения - 44 %, у обследованных второго поколения данная величина была равна 40 %, а для юношей с наибольшим сроком проживания в условиях Севера (третье поколение) степень напряжения артериального давления была отмечена у 30 % лиц. Оценка напряжения в структуре капиллярного русла была проведена путем соотнесения полученных результатов со следующими нормативными величинами: диаметр артериального отдела - 7-17 мкм, в среднем (11,91 ± 1,87) мкм, диаметр венозного отдела - 11-20,6 мкм, (15,00 ± 2,42) мкм, длина капилляра - 92-295 мкм, (240,01 ± 38,30) мкм [13], а также на основе коэффициента деформации капилляров. Результаты проведенного исследования указывают на то, что у юношей - представителей нулевого поколения диаметр артериального отдела составил (8,8 ± 0,1) мкм, что ниже на 26 % нормативного диапазона, представленного выше. Диаметр венозного отдела составил (12,3 ± 0,2) мкм, ниже нормы на 18 %, что наблюдалось на фоне увеличения длины капилляра (325,7 ± 5,6) мкм на 35 % при коэффициенте деформации (29,0 ± 0,1) усл. ед. Сумма данных отклонений от нормативного диапазона без учета знака (снижения или увеличения) составила 108 %, что расценено нами как степень напряжения в системе микроциркуляции у юношей с наименьшим сроком адаптации к северным условиям. Для представителей первого поколения были характерны следующие средние показатели микрогемоциркуляции: диаметр артериального отдела - (8,4 ± 0,1) мкм, что ниже на 29 % нормативного диапазона; диаметр венозного отдела - (12,1 ± 0,2) мкм, ниже на 19 %; длина капилляра - (310,0 ± 5,3) мкм, выше нормы на 29 %; коэффициент деформации был равен (31,0 ± 0,9) усл. ед. Сумма отклонений морфофункциональных показателей сосудов для юношей первого поколения также составила 108 %. В группе обследуемых второго поколения средние показатели диаметра артериального давления были равны (8,5 ± 0,1) мкм, что на 28 % ниже нормативного показателя; диаметр венозного давления - (12,1 ± 0,2) мкм, ниже на 19 % нормативного показателя, и длина капилляра имела величину (310,6 ± 4,0) мкм, что на 29 % превышает нормативный показатель. Коэффициент деформации у представителей второго поколения был равен (32,1 ± 0,8) усл. ед. Сумма степени напряжения в микроциркуляционном русле у юношей второго поколения в сумме составила 108 %. Сумма напряжения в системе микрогемоциркуляции для молодых жителей с наибольшим сроком адаптации к северным условиям (представители третьего поколения) в сумме составила 113 %, что складывалось из снижения диаметра артериального отдела на 31 % при среднем значении показателя (8,2 ± 0,1) мкм и венозного отдела на 20 %, среднее значение (12,0 ± 0,2) мкм, с повышением длины капилляра на 27 %, среднее значение (304,8 ± 4,9) мкм, при коэффициенте деформации (35,1 ± 0,8) усл. ед. Анализ полученных данных относительно изучения степени напряжения в деятельности дыхательной системы при разных сроках адаптации к северным условиям был проведен на основе отклонений характеристик внешнего дыхания и показателей газоана-лиза от нормативных показателей для исследуемой возрастной группы. Анализ данных характеристик показал, что для юношей - представителей нулевого поколения - превышение величины МОС25% относительно должных величин составило 13 %, МОС50% - 16 %, а МОС75% - 34 %, что в сумме составило 63 %. В группе лиц из числа первого поколения было выявлено превышение относительно нормативного диапазона МОС25% на 10 %, МОС50% на 16 %, МОС75% на 34 %, что равнялось 60 % степени напряжения функции внешнего дыхания. У юношей второго поколения степень напряжения относительно характеристик внешнего дыхания в сумме составила 47 %, что складывалось из повышения МОС25% на 5 %, МОС50% на 35 %, а МОС75% на 35 % относительно возрастной нормы. Для группы юношей с наиболее продолжительным сроком проживании на Севера было характерно превышение МОС25%, МОС„0/, МОС7„, на 2, 2 и 32 % соответственно, 50% 75% ’ 7 ’ что в сумме составило 36 %. Наблюдаемое в группах представителей нулевого, первого, второго и третьего поколений превышение показателя REE/Ped% на 31, 34, 25 и 14 % соответственно рассматривалось нами как напряжение уровня основного обмена относительно должных величин. 14 Ekologiya cheloveka (Human Ecology) 2021, 7, pp. 12-17 Original Articles В группе молодых жителей с различным сроком адаптации к условиям Севера было отмечено превышение нормативного диапазона для нормогликемии (5,6 ммоль/л) у 30 % представителей нулевого поколения, 29 % - первого поколения, 27 % второго поколения и 25 % обследуемых третьего поколения, что интерпретировалось нами как напряжение биохимического профиля. Обсуждение результатов Таким образом, проведанный анализ степени напряжения с учетом отклонений от нормативных показателей основных физиологических показателей позволил нам установить следующее: относительно характеристики артериального давления степень напряжения в группе лиц нулевого поколения составила 47 %, представителей первого поколения - 44 %, юношей второго поколения - 40 % и молодых людей третьего поколения - 30 %. Необходимо отметить, что степень напряжения в системе микроциркуляции не имела отличий у юношей, представляющих нулевое, первое и второе поколения, и в среднем составила 108 %, тогда как у лиц с наибольшим сроком адаптации к условиям Севера отклонение в показателях микрогемоцику-ляции от нормативных величин было равно 113 %. Относительно показателей функции внешнего дыхания у лиц нулевого поколения степень напряжения достигла 63 %, первого поколения - 60 %, второго поколения - 47 % и третьего поколения - 36 %. Превышение показателей основного обмена относительно должной величины (REE/Ped%) составило 31, 34, 25 и 14 % у обследуемых нулевого, первого, второго и третьего поколений соответственно. При этом у 30 % представителей нулевого поколения, 29 % - из числа первого поколения, 27 % юношей второго поколения и у 25 % обследуемых третьего поколения было отмечено напряжение биохимического профиля на основе выявленной гипергликемии. Расчет суммы коэффициентов напряжения функционального состояния по основным физиологическим системам при различных сроках адаптации представлен на рисунке. Из приведенных данных видно, что в ряду нулевое - третье поколение отмечается снижение напряжения в деятельности практически всех изученных систем за исключением показателей микроциркуляции. Полученные результаты согласуются с данными наших ранних работ, где при изучении показателей сердечно-сосудистой системы в зависимости от сроков адаптации к условиям Севера было обнаружено, что у представителей третьего поколения наблюдаются наиболее оптимальные показатели в работе системы, проявляющиеся значимо более низкими значениями артериального давления (как САД, так и ДАД), а также частоты сердечных сокращений, что свидетельствует о более экономной работе сердечно-сосудистой системы в неблагоприятных климатических условиях Северо-Востока России и определяет направленность адаптационных перестроек, связанную с минимизацией энергетических затрат функциональных систем организма при действии холодового фактора [2]. Выводы также подтверждаются и данными, полученными при анализе морфологических перестроек капилляроскопического паттерна в зависимости от срока адаптации к условиям Севера, результаты которого свидетельствуют, что с увеличением срока адаптации к условиям Севера происходит уменьшение диаметра артериального и венозного отдела капилляров с одновременным уменьшением средней длины капил Коэффицнент напряжения ("Цена адаптации") ■ 0 поколение I I 1 поколение ■ 2 поколение Н 3 поколение Степень напряжения функционального состояния организма в зависимости от срока адаптации к условиям Севера (0-е, 1-е, 2-е, 3-е поколение) 15 Оригинальные статьи Экология человека 2021, № 7, с. 12-17 ляра [9]. Это также совпадает с полученными ранее результатами исследований, в которых указывается на оптимизацию системы дыхания за счет минимизации характеристик внешнего дыхания и снижения показателей основного обмена при продолжительных сроках адаптации к северным условиям [1]. Полученные в ходе исследования данные достаточно наглядно демонстрируют тот факт, что разработанный подход, направленный на оценку степени напряжения в функционировании основных физиологических систем, совпадает с ранее полученными результатами исследований, где указывается на то, что в современных условиях Северо-Востока России происходит процесс формирования новой популяции, обозначенной нами как укорененные лица (с наибольшим сроком адаптации к условиям Севера), характеризующиеся наиболее оптимальными показателями физиологических систем и снижением коэффициентов напряжения в их деятельности.

About the authors

V. Vladislavovna Averyanova

Scientific-Research Center "Arktika" Fareastern Branch Russian Academy of Sciences

Email: inessa1382@mail.ru
Magadan, Russia

S. I. Vdovenko

Scientific-Research Center "Arktika" Fareastern Branch Russian Academy of Sciences

Magadan, Russia

References

Supplementary files