УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2007, том 38, № 1, с. 55-65
УДК 612.015
ГОДОВОЙ МОНИТОРИНГ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ СЕВЕРА НА МЕТАБОЛИЗМ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
© 2007 г. Т. И. Кочан
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
Анализ результатов собственных исследований и данных литературы позволяет выделить в механизме адаптации человека к условиям Севера две основные стадии, связанные с цирканнуальным хроноритмом: 1) адаптацию к снижению долготы дня и температуры окружающей среды; 2) адаптацию к увеличению инсоляции и постепенно следующему за этим потеплению. Метаболические изменения, характерные для первой стадии, приводят к временной гипоксии и гипогликемии. Эти тесно взаимосвязанные явления направлены на уменьшение теплоотдачи, с одной стороны, а с другой - на экономное расходование энергии нутриентов с целью резервирования ее в виде триглице-ридов. Недостаток образования тепла в дыхательной цепи при частичном торможении аэробного окисления веществ компенсируется усилением анаэробного гликолиза и гликогенолиза, что наряду с повышенной утилизацией глюкозы в липогенезе приводит к признакам гипогликемии. С увеличением инсоляции активируется аэробное окисление резервных жиров при параллельном усилении глюконеогенеза. Адаптационные изменения метаболизма в организме человека на протяжении года рассматриваются во взаимосвязи с функционированием сердечно-сосудистой системы.
ВВЕДЕНИЕ
Адаптация биологической системы к изменившимся условиям внутренней или внешней среды имеет в своей основе "метаболическую адаптацию", т.е. количественное изменение обменных процессов в клетках [16]. В настоящее время накоплен значительный фактический материал об изменениях метаболических процессов в организме человека, обусловленных действием природных факторов Севера [1, 3, 7-9, 12, 17, 26, 27, 46, 47]. Введены такие понятия, как "синдром полярного напряжения" [17], "циркумполярный гипо-ксический синдром" [1], "северный метаболический тип" [26]. Однако характерные для северян гипоксия, гипогликемия, гиповитаминозы и другие отклонения от нормы, показанные многими авторами при обследовании жителей Европейского Севера и северных регионов Дальнего Востока [1, 3, 7-9, 12, 17, 26, 27], до сих пор не находят должного объяснения. Так, например, развитие гипогликемии, связано, на взгляд Панина [26, 27], с переключением энергообеспечения организма с "углеводного" типа на "жировой", т.е. с торможением гликолиза и повышением утилизации жиров в качестве основного источника энергии. Но, для того чтобы произошло подобное переключение и началась мобилизация резервных возможностей организма, сначала нужно их создать. Поэтому встает ряд вопросов: является ли снижение концентрации глюкозы свидетельством торможения гликолиза или это результат его усиления; насколько повышение в крови кон-
центрации продуктов липидного обмена, отмеченное в исследованиях многих авторов [7, 9, 12, 27], связано с более интенсивным их использованием в энергетических целях или это служит показателем усиленного их синтеза? Если действительно происходит переключение энергообеспечения организма с "углеводного" типа на "жировой", то основным источником энергии служат жиры, что должно обусловливать повышение потребления кислорода. Однако, как следует из данных литературы [12, 30, 32, 34, 38], потребление кислорода и косвенно рассчитываемая по этому показателю теплопродукция у человека в начальный период холодовой адаптации снижаются до минимума. Подтверждением торможения аэробного окисления веществ служат установленные при обследовании жителей Севера в период спада длительности светового дня и в период полярной ночи данные по снижению в крови содержания тироксина [11, 40, 41], стимулирующего уровень основного обмена, а также данные по возникновению жажды и достоверному снижению суточного диуреза у полярников в середине антарктической зимовки [12]. Как известно [43], жиры - основной источник эндогенной воды - конечного продукта окислительного фосфорилирования. Еще одним свидетельством в пользу предположения о торможении аэробного окисления может быть тиаминовая недостаточность, выявленная у людей в условиях Заполярья в начальный период холодовой адаптации, которая не компенсируется дополнительным введением в организм витамина В1 [26]. Активная форма тиамина - тиаминпирофосфат служит не-
белковым компонентом декарбоксилаз пировино-градной и а-кетоглутаровой кислот, регулирующих интенсивность окислительно-восстановительных процессов в цитратном цикле Кребса. Следовательно, организм целенаправленно ограничивает усвояемость витамина В1 в условиях торможения аэробного окисления веществ.
В свою очередь, факт снижения потребления кислорода, установленный в период адаптации к зимним условиям Севера, говорит о том, что возникает парадоксальная ситуация, когда реакция гомойотермного организма в ответ на действие низких температур внешней среды должна быть направлена на повышение теплопродукции, компенсируя повышенную теплоотдачу, а обнаруживается ее снижение. Объяснением выявленного парадокса, на наш взгляд, может служить то, что непрямая калориметрия не учитывает энергию, продуцируемую в процессе анаэробного расщепления глюкозы - гликолиза. Так, например, в опытах на изолированной и перфузируемой кам-баловидной мышце крысы было показано, что 25% энергии для сокращения мышца получала благодаря гликолизу, а остальное количество энергии - благодаря окислительной реакции с участием кислорода [14]. Следовательно, расчет теплопродукции по потреблению кислорода дает ошибку в сторону уменьшения истинного ее значения. Изложенные факты позволяют предположить, что на первой стадии адаптации к холоду при снижении интенсивности аэробного процесса окисления веществ роль гликолиза существенно возрастает. Это может быть одной из причин выявляемой у северян гипогликемии, т.е. не торможение, а усиление гликолиза, что противоречит устоявшемуся мнению [3, 9, 12, 26].
Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию сезонной изменчивости обмена веществ и функционирования физиологических систем человека в условиях Севера, механизм адаптации организма к действию экстремальных природных факторов (основные из них -фотопериодизм и длительное действие низких температур) до сих пор остается малоизученным.
С декабря 2003 г. по ноябрь 2004 г. нами проведено 141 обследование практически здоровых женщин (количество обследованных по месяцам представлено в таблице) в возрасте от 30 до 59 лет, занятых умственным трудом и проживающих в городских условиях Севера (62° с.ш.). Ежемесячно у обследуемых утром натощак брали кровь из локтевой вены. В плазме крови определяли концентрацию глюкозы (Гл), лактата (Лк), триглицеридов (ТГц), общего холестерина (Хл), альбумина (Ал), гемоглобина (НЬ) и общего кальция (Са) унифицированными колориметрическими методами. Функционирование сердечно-сосудистой системы изучали по уровню артериального
давления систолического (САД) и диастолическо-го (ДАД) методом Короткова, частоте сердечных сокращений (ЧСС). Ежедневно учитывали факторы внешней среды: температуру и влажность воздуха, атмосферное давление, направление и силу ветра, величину светового дня.
Полученные данные обработаны методом вариационной статистики. Достоверность различий определяли по критерию Стьюдента.
Факторы окружающей среды. Температура воздуха на улице была отрицательной на протяжении шести месяцев, а в помещении она зарегистрирована значительно ниже комфортной не только в холодный сезон года, но также летом и осенью при отключении отопления. Среднемесячная утренняя температура в градусах по Цельсию составляла на улице (в помещении): в декабре -6.1 (17.9), январе -11.6 (16.9), феврале -13.2 (17.7), марте -5.9 (19.6), апреле -6.0 (21.6), мае +6.8 (22.3), июне +11.4 (18.8), июле +17.1 (26.9), августе +10.5 (17.9) сентябре + 6.9 (16.5), октябре +0.4 (19.3), ноябре -5.1 (18.2). Высокая дневная температура наружного воздуха в июле (в среднем 26.4°С) обусловливала аналогичную температуру в помещении. Атмосферное давление на протяжении года было ниже нормы, являясь минимальным в декабре и максимальным в январе (744 и 753 мм рт. ст.). Наибольшая влажность воздуха на улице и в помещении отмечалась в сентябре (93 и 61%), а наименьшая - в апреле (77 и 30%). Высокое количество ветреных дней, с порывами ветра до 11-14 м/с, зарегистрировано только в декабре.
Показатели обмена веществ. Анализ полученных данных, представленных в таблице, позволил установить, что достоверно значимое снижение концентрации Гл в плазме крови происходило в августе по сравнению с июлем (на 12%). В сентябре гликемический уровень проявлял тенденцию к повышению. Но в октябре и особенно в ноябре он снижался, на 19 и 24% (р < 0.01) соответственно по сравнению с показателем, установленным в сентябре, опускаясь до нижнего предела физиологической нормы. Однако в декабре отмечалось значительное увеличение уровня глюкозы (на 37% сравнительно с предыдущим месяцем) до максимального значения, сопоставимого с июльским показателем. Изменение концентрации Лк в отличие от Гл на протяжении года носило более вариабельный характер: минимальные значения были отмечены в феврале и июле, а максимальные, достигающие верхнего предела допустимой нормы, - в апреле, августе, октябре и ноябре.
Сезонная динамика концентрации ТГц выражалась в том, что значительное накопление ТГц отмечалось в декабре и июле, а понижение - в марте и сентябре. Установлена достоверность
о П Е X
К
©
К
3
К О а О
4 К
л
Е
о
К К
X
Н
А ^
К
Концентрация метаболитов в крови женщин в зависимости от месяца обследования (М ± т)
Месяц Возраст, лет Глюкоза, ммоль/л Лактат, ммоль/л Триглицериды, ммоль/л Холестерин, ммоль/л Гемоглобин, г/л Альбумин, г/л Кальций, ммоль/л
Декабрь(п = 8) 48.3 ± 2.9 5.08 ± 0.19** 2.04 ± 0.14*** 1.70 ± 0.10* 5.32 ± 0.35 - 45.1 ± 2.4** 2.73 ± 0.11**
Январь (п = 10) 48.1 ± 1.7 4.72 ± 0.2 1.8 ± 0.3 1.44 ± 0.2 5.41 ± 0.30 130.2 ± 3.9 51.9 ± 2.3* 1.98 ± 0.1***
©евраль (п = 10) 47.0 ± 1.7 4.86 ± 0.19 1.64 ± 0.2 1.25 ± 0.2 6.42 ±
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.