Эндокринное обеспечение вегетативной регуляции ритма сердца у подростков на севере Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК [612.172.2:612.825.4]-053.6(470.1/.2)

ЭНДОКРИННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ РИТМА СЕРДЦА У ПОДРОСТКОВ НА СЕВЕРЕ*

© 2006 г. Л. В. Поскотинова, Е. В. Кривоногова,

Е. В. Типисова

Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, г. Архангельск

Показана зависимость эндокринновегетативного статуса у подростков от продолжительности светового дня и географической широты северных территорий.

Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, гормоны, подростки, Север, механизмы вегетативной регуляции.

Проблема баланса регуляторных систем организма в динамике, когда соотношение компонентов меняется согласно ритмике гелио-геофизических процессов, остается актуальной [1]. Выражено влияние ритмообразующих факторов в северных широтах, особенно продолжительность светового дня [15, 22]. Изучение формирования адаптационного потенциала у детей на границе северных и южных широт в настоящее время привлекает внимание исследователей. Так, показана ритмика изменений сердечно-сосудистой деятельности в северных и южных районах Республики Коми [17, 19, 23]. Появились данные о состоянии эндокринного фона и межгормональных взаимодействиях у детей на Севере, и в частности в южных его районах [5, 10, 14]. Однако не найдено сведений о соотношениях рассматриваемых регуляторных систем детского организма в подобных регионах, несмотря на их важность с социально-экономических позиций [7].

Во-первых, тиреоидная система реализует свои физиологические эффекты, воздействуя на электрические свойства мембран клеток, эффективность биоэнергетических реакций и скорость проведения нервного возбуждения, на хроно-инотропный эффект в отношении работы сердца. Во-вторых, тиронины способствуют облегчению процесса фоторецепции, что важно при восприятии изменения светового режима [2, 16, 18]. Инсулин является важным эндокринным регулятором не только в поддержании стабильности уровня глюкозы, но и в поддержании холинергических механизмов вегетативной нервной системы. Индуцирующее действие глюкокортикоидов (кортизол) на эффект катехоламинов проявляется благодаря тому, что они в несколько раз усиливают биосинтез адренорецепторов, тем самым потенцируя действие симпатических эффектов вегетативной нервной системы. С учетом цикличности эндокринных и вегетативных флуктуаций в процессе смены фотопериодов очевидно, что эндокринное обеспечение вегетативных реакций будет различным в течение года. Это необходимо также принимать во внимание при рассмотрении причин нейроциркуляторных дисфункций, которые проявляются особенно ярко в подростковый период [12].

Таким образом, представляло интерес проследить внутригодовую динамику параметров вариабельности сердечного ритма и роль гормонов тиреоидного профиля, кортизола и инсулина в поддержании вегетативных механизмов регуляции у детей-подростков в различных природно-климатических условиях Европейского Севера. Учет фактора полового развития позволяет минимизировать эффект гетерохронии развития регуляторных

* Работа выполнена при поддержке Российского гуманитарного научного фонда № 05-06-48601а/С. Выражается искренняя признательность Фонду содействия отечественной науке.

систем, который проявляется при рассмотрении только хронологического возраста [9, 20].

Методика

Проведено 380 обследований практически здоровых лиц от 11 до 16 лет, вошедших в период пубертата (II—IV стадия полового развития по Tanner [25] у мальчиков и II—V стадия у девочек). Ввиду малочисленности группы мальчиков с V стадией полового развития эти данные не учитывались при оценке результатов. Исследования проведены на территории поселковых школ Приморского района (90 обследований мальчиков и 100 девочек; 64°30' с. ш. — север области) и в Коношском районе (75 обследований мальчиков и 115 девочек; 61° с. ш. — юг области, граница между средними и высокими широтами) Архангельской области. Все результаты получены на одном и том же контингенте лиц в идентичные периоды года: спад светового дня (октябрь), минимум (декабрь), подъем (март — апрель) и его максимум (июнь) — параллельно в изучаемых районах.

Изучали параметры вариабельности сердечного ритма (ВСР) с помощью аппаратно-программного комплекса «Варикард» («Рамена», Рязань) в режиме ортопробы [11] — регистрация ритмокардиограммы в течение 5 минут в положении лежа и стоя. Для анализа в данной работе взяты показатели среднеквадратичной разностной характеристики NN-интервалов RMSSD, индекса напряжения регуляторных систем SI, показатели спектрального анализа — суммарная мощность спектра TP, показатели мощности в высокочастотном диапазоне 0,4—0,15 Гц (HF и HF в %),

А

Ш

НИ

га

1

HF% LF% VLF% HF% LF% VLF%

в низкочастотном диапазоне 0,15—0,04 Гц в % (LF и LF в %), в сверхнизкочастотном диапазоне 0,04 —

0,015 Гц в % (VLF и VLF в %), а также индекс соотношений средних мощностей LF / HF и индекс централизации (IC = (LF + VLF) / HF) [3, 21, 24].

У подростков проводили забор крови из локтевой вены утром натощак для определения гормонов щитовидной железы — тиреотропина (ТТГ), общего тироксина (Т4), общего трийодтиронина (Т3), кортизола (Корт), инсулина (Инс) радиоиммуномет-рическим методом наборами «Immunotech» (Чехия). Гормональные исследования проводили в лаборатории эндокринологии Института физиологии природных адаптаций УрО РАН. Данные по гормонам используются совместно с Р. В. Кубасовым, Д. Б. Деминым, Е. В. Типисовой.

Статистическая обработка полученного материала проводилась на персональном компьютере с использованием пакетов программ «STATISTICA 6.0», EXCEL для среды Windows. Статистическую значимость различий (р < 0,05) между сравниваемыми показателями определяли по непараметрическим и параметрическим критериям с учетом медианы (Ме) и перцентильного разброса на уровнях 25 и 75 % (25; 75). Статистически значимые коэффициенты корреляций (р < 0,05) учитывали по ранговым критериям Пирсона; представлены положительные взаимосвязи исследуемых показателей.

Результаты исследования

Анализ данных при проведении ортопробы (рис. 1) показал, что в Приполярье (64°30' с. ш.) при нарастании

800

700

600

500

400

300

200

100

0

LF/HF IC

LF/HF IC

HF% LF% VLF% HF% LF% VLF%

Рис. 1. Прирост (в %) показателей ВСР у девочек (А) и мальчиков (Б) при ортопробе. На каждом графике показатели: на севере области — слева; на юге области — справа

Примечание. * — уровень статистической значимости различий данных по сравнению с показателями в октябре (р < 0,05).

светового дня резко активизировалась подкорковая деятельность, достигая максимума в июне. При этом показатель VLF возрастал в 2,5—3 раза на фоне достоверного снижения вагусной активности. Организм мальчиков на смену фотопериода реагировал раньше за счет преобладания барорефлекторной активности над вагусной в апреле (LF / HF, IC). Более высокая реактивность мужского организма в ответ на сезонные изменения показана и другими авторами [17, 23].

В июне у подростков за счет восстановления вагусной регуляции степень централизации в управлении

ритмом сердца снижалась. В то же время у девочек оба механизма симпатической регуляции (вазомоторный и подкорковый) максимально проявились в июне на фоне сниженной суммарной мощности спектра и вагусной активности, что свидетельствует о напряженном режиме работы вегетативной регуляции у женского организма в данный период. Поэтому в целом степень централизации в управлении ритмом сердца возросла у мальчиков в 5, а у девочек в 8 раз по сравнению с состоянием покоя, в то время как в декабре этот прирост составил примерно 3—3,5 раза.

6°°

"jO 5°°

Ц О 4°°

I 3°°

2°°

Кортизол (64° 3°'с.ш.)

Окт..

Дек.. Апр..

Июнь

6°°

"jO 5°°

Ц О 4°°

I 3°°

2°°

Кортизол (61 с.ш.)

Окт. Дек. Апр. Июнь

Инсулин (64°3°'с.ш.)

Инсулин (61° с.ш.)

ТТГ (64°30' с.ш.)

ТТГ (61° с.ш.)

Т3 (64° 3°' с.ш.)

Т3 (61° с.ш.)

Т4 (64° 3°'с.ш.)

11° ц 1°°

£ 9°

§ 8° 1 7°

6°

Окт. Дек. Апр. Июнь

Т4 (61° с.ш.)

7°

6°

Окт. Дек. Апр. Июнь

Рис. 2. Динамика уровней гормонов (Ме (25;75) у подростков на Севере (линия сплошь — мальчики, пунктир — девочки) Примечание. Уровни статистической значимости внутригрупповых различий (по октябрю): * — р < 0,05; ** — р < 0,01; *** — р < 0,001.

В южном районе у мальчиков в период минимума светового дня и его нарастания максимален прирост барорефлекторной активности (ЬД LF / №) на фоне снижения вагусной (HF). У девочек второй максимум прироста данного показателя приходится не на апрель, а на июнь (ЬД LF / №). При этом в апреле происходит увеличение вагусной реактивности (HF), что способствует более высокой суммарной мощности ВСР (ТР). В целом степень централизации вегетативного управления ритмом сердца (1С) максимальна у мальчиков в апреле, а у девочек — в июне. То есть мужской организм здесь также раньше перестраивается к новому световому режиму. Выраженность широтных различий в реактивности сердечно-сосудистой системы на Севере в светлое время года показана также и другими авторами [19]. Централизация вегетативного управления ритмом сердца не столь выражена на юге области и происходит за счет периферических механизмов вегетативной регуляции, а не подкорковых (нет динамики VLF-компонента), что свидетельствует о большем влиянии гуморально-метаболических факторов. В период минимума светового дня вегетативная реактивность более выражена, особенно у мальчиков, на границе широт за счет высокой барорефлекторной активности.

Анализ состояния тиреоидной функции показал (рис. 2), что более высокая активность щитовидной железы была на севере области, особенно в отношении Т4 в период с октября по декабрь. В апреле секреция тиронинов у подростков снижается, исключение составляют девочки на севере области. В июне наблюдается снижение уровня трийодтиро-нина, особенно на юге области, где он минимален. Концентрация ТТГ, Т3 и Т4 у девочек на севере области не претерпела статистически значимых изменений в течение года, что обусловлено более выраженным вариационным размахом значений гормонов в течение года у лиц женского пола на севере по сравнению с югом.

Выявлена разнонаправленная динамика уровня кортизола в зависимости от пола на севере и юге области. Так, довольно высока активность коры надпочечников у девочек в Коношском районе, особенно в июне. В Приморском районе у лиц обоих полов также уровень кортизола был максимален в июне.

В период биологических сумерек (октябрь — декабрь) уровень инсулина был минимален на севере области и максимален на юге, а в период нарастания светового дня наблюдалась противоположная динамика. В Приполярье происходит синергичное изменение уровня инсулина и основного контринсулярного гормона — кортизола. В то же время на юге области значительное повышение содержания кортизола у девочек в период июня может расцениваться как стрессовая реакция (повышение уровня кортизола на фоне снижения функции тиреоидной системы и уровня инсулина). Механизмы этого явления и в целом широтные эффекты гормональной регуляции у

подростков данных регионов нуждаются в отдельном рассмотрении [6].

Установлено, что у девочек корреляционная структура (таблица), отражающая взаимосвязи вегетативной регуляции и тиреоидной системы, более насыщенна. При этом у них в корреляциях участвуют преимущественно тиронины, а у мальчиков как тиронины, так и тиреотропин. Это свидетельствует о разных уровнях взаимодействия рассматриваемых систем. У лиц женского пола — преимущественно на уровне периферической адренергической и холинер-гической рецепции, которая является общей точкой регуляции как со стороны вегетативной иннервации, так и со стороны действия тиронинов. У лиц мужского пола синергический эффект рассматриваемых систем реализуется как на периферии, так и на уровне гипота-ламических структур. Известно, что здесь происходит интеграция нейромедиаторных влияний со стороны подкорковых вегетативных ядер и рилизинг-факторов тиреотрофов гипофиза [13].

Корреляционные взаимоотношения параметров вариабельности сердечного ритма и уровней гормонов у подростков Архангельской области (р < 0,05)

Приморский район Коношский район

Мальчики | Девочки Мальчики Девочки

Октябрь

— ^—Тз Г її > ТР—Т4 ОТ—Т3 VLF—ТТГ

Декабрь

ОТ—ТТГ ОТ—Корт VLF—T4 ТР—Инс ОТ—ТТГ №—к ОТ—Инс LF—Инс VLF—Инс LF—T3 VLF—T4 LF/HF—Инс ІС—Инс

Март—апрель

ОТ—ТТГ LF/HF—ТТГ — ТР—Т3 ^—Тз ^—Т4 LF Т4 LF/HF—T4

Июнь

RMSSD — Инс VLF—T3 SI — Инс LH/HF—Инс —

У мальчиков на севере области практически на протяжении всего года динамика HF положительно коррелировала с уровнем ТТГ. На юге области эта взаимосвязь наблюдалась только в период биологических сумерек (октябрь и декабрь), кроме того, уровень ТТГ коррелировал с показателем VLF, а №

— с уровнем Т4. У девочек в период биологических сумерек активность симпатической регуляции положительно коррелирует с уровнем тиронинов: на севере на надсегментарном уровне (декабрь,VLF, Т4), а на юге еще и на сегментарном (декабрь, LF, Т3). В период перехода к зиме уровень вагусной активности у них прямо связан с уровнем Т3, а суммарная вегетативная реактивность (ТР) на юге — с уровнем Т4, что с позиции энергетики рассматривается как

взаимное усиление трофотропной функции организма [21]. К тому же на юге области у девочек, как и у мальчиков, надсегментарный уровень вегетативной регуляции положительно взаимосвязан с активностью тиреотрофов.

В период нарастания освещенности (апрель) прямая зависимость параметров ВСР от функции тиреоидной системы отмечается преимущественно у девочек. На юге области суммарная мощность спектра ВСР (ТР), вагусный и барорефлекторный виды активности (НД ЬД LF/HF) прямо зависимы от уровней Т3 и Т4. В июне здесь роль тиреоидной системы в обеспечении вегетативной регуляции минимальна. На севере у девочек, наоборот, эндокринно-вегетативное взаимодействие в светлое время года происходит с вовлечением центральных структур: прямо коррелируют уровни LF / № с ТТГ в апреле с VLF и Т3 в июне. То есть активизация симпатической регуляции, в том числе и на уровне подкорковых структур, прямо зависит от концентрации центрального и периферического звеньев регуляции тиреоидной системы.

У мальчиков активизация симпатической регуляции в апреле и в июне происходит на фоне снижения роли тиреоидной системы и поддерживается, вероятно, другими эндокринными факторами регуляции.

Установлена высокая вовлеченность инсулина в корреляционную структуру с показателями ВСР на юге области, особенно в декабре. При этом у мальчиков инсулин положительно коррелировал с параметрами суммарной мощности спектра (ТР), парасимпатической активности (HF) и симпатической регуляции VLF), а у девочек только с показателями симпатической активности LF / Н^ 1С).

На севере области участие инсулина в поддержании вегетативного гомеостаза наблюдали в период максимума светового дня — в июне. Уровень инсулина был положительно взаимосвязан с показателями SI у девочек и ТР, LH / HF у мальчиков. Известно, что холинергические механизмы на преганглионарном участке рефлекторной дуги реализуют как симпатические, так и парасимпатические эффекты [4]. Вероятно, поэтому инсулин, который потенцирует действие ацетилхолина, способствует реализации действия всех звеньев вегетативной регуляции. С точки зрения адаптации можно рассматривать усиление корреляционного влияния на параметры ВСР инсулина как компенсацию в ответ на общее и относительное снижение дыхательной (вагусной) составляющей спектра вариабельности ритма сердца в период минимума светового дня на юге области и в период его максимума — на севере. Более высокая активность инсулина и его участие в вегетативном обеспечении ритма сердца на юге области могут быть обусловлены фактом перехода к средним широтам, где углеводный обмен более активен, чем в полярных регионах.

Участие кортизола в межсистемных взаимодействиях было минимальным. По всей видимости,

достаточно большие внутригодовые вариационные размахи как уровня кортизола, так и параметров ВСР предопределяют необходимость рассматривать данные взаимоотношения на более конкретных возрастных промежутках (в начале пубертата, в его разгар и в половозрелом возрасте).

Таким образом, в период снижения световой освещенности на Севере роль тиреоидной системы и инсулина на юге области более существенна в поддержании эндокринно-вегетативного гомеостаза, что отмечается большим разнообразием корреляционной структуры и вовлечением в нее всех уровней вегетативной регуляции. Это может быть обусловлено не только близостью к границе широт, но и своеобразием биоэлементного состава воды и почв Коношского района [8].

Выводы

1. На Севере у мальчиков-подростков происходит более ранняя по сравнению с девочками активизация барорефлекторной активности в период нарастания светового дня. В период минимума светового дня вегетативная реактивность у них также более выражена на границе широт.

2. С увеличением градуса северной широты в ответ на нагрузку происходит значительное возрастание вклада сверхнизкочастотной составляющей спектра вариабельности сердечного ритма на фоне снижения доли высокочастотной, особенно в период максимума светового дня. Это свидетельствует о ведущей роли подкорковых центров регуляции сердечного ритма в высоких широтах — преобладании гуморальнометаболических факторов над нейрогенными. В этот период широтный эффект более выражен у женского организма.

3. Роль тиреоидной функции в обеспечении вегетативной регуляции ритма сердца более выражена, преимущественно у девочек, на севере в период нарастания светового дня и его максимума, а на границе территорий — в период биологических сумерек. Эндокринно-вегетативные взаимодействия происходят у девочек с преимущественным участием периферических, а у мальчиков — всех гормонов тиреоидной системы.

4. В период биологической тьмы (декабрь) эндокринно-вегетативный гомеостаз обеспечивается за счет усиления роли тиронинов в поддержании симпатической регуляции (VLF) и за счет активности тиреотропина и тироксина в обеспечении вагусной активности у мальчиков (HF). На границе широт в этот период возрастает роль инсулина в поддержании преимущественно симпатической активности у девочек и всех звеньев вегетативной регуляции — у мальчиков.

5. С возрастанием световой освещенности у девочек подъем симпатической активности прямо зависит от концентрации тиреотропина и трийодтиронина (на севере, в Приполярье) и тироксина (на границе широт). На севере области в период максимума светового дня

происходит усиление роли инсулина в поддержании симпатической активности.

Список литературы

1. Агаджанян Н. А. Человек в условиях Севера / Н. А. Агаджанян, П. Г. Петрова. — М. : КРУК, 1996. — 206 с.

2. Ажипа Я. И. Нервы желез внутренней секреции и медиаторы в регуляции эндокринных функций / Я. И. Ажипа. — М. : Наука, 1981. — 503 с.

3. Баевский Р. М. Современное состояние исследований по вариабельности сердечного ритма в России / Р. М. Баевский, Г. Г. Иванов, Г. В. Рябыкина // Вестник аритмологии.

— 1999. — № 14. — С. 71—75.

4. Вегетативные расстройства: Клиника, диагностика, лечение / под ред. А. М. Вейна. — М. : ООО «Медицинское информационное агентство», 2003. — 752 с.

5. Демин Д. Б. Особенности становления гормонального статуса у мальчиков пубертатного периода, проживающих в южных районах Архангельской области / Д. Б. Демин // Экология человека. — 2005. — № 5. — С. 17—21.

6. Демин Д. Б. Влияние фотопериода на функциональную активность гипофизарно-тиреоидной системы у детей, проживающих в разных географических широтах Европейского Севера / Д. Б. Демин // Тез. докл. и лекций XIII Международного совещания и VI школы по эволюционной физиологии. — СПб., 2006. — С. 73—74.

7. Ефремов А. А. О существующих подходах к районированию северных территорий России / А. А. Ефремов,

А. В. Ткачев // Материалы всероссийской конференции «Стратегия развития северных регионов России». — Архангельск, 2003. — С. 48—58.

8. Йодная характеристика некоторых природногеографических территорий Архангельской области / Е. Д. Кубасова, Е. В. Иванова, Р. В. Кубасов, А. Л. Горбачев // Тез. докл. и лекций XIII Международного совещания и

VI школы по эволюционной физиологии. — СПб., 2006.

— С. 120—121.

9. Калюжная Р. А. Гипертоническая болезнь у детей и подростков / Р. А. Калюжная. — Л. : Медицина, 1980.

— 208 с.

10. Кубасов Р. В. Становление системы гипофиз

— щитовидная железа — гонады в пубертате у мальчиков Архангельской области / Р. В. Кубасов, Д. Б. Демин, Е. В. Типисова, А. В. Ткачев // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. — 2005. — № 4. — С. 400—407.

11. Кузьменко В. А. Сердечный компонент ортостатической реакции при разной исходной частоте сердцебиений / В. А. Кузьменко // Физиология человека. — 1986. — № 4. — С. 684.

12. Неверова Н. П. Состояние вегетативных функций здоровых людей в условиях Крайнего Севера : автореф. дис. ... д-ра мед. наук / Неверова Нина Петровна. — Новосибирск, 1972. — 39 с.

13. Ноздрачев А. Д. Современное состояние изучения физиологии автономной (вегетативной) нервной системы у нас в стране / А. Д. Ноздрачев // Физиологический журнал.

— 1995. — № 1. — С. 3—18.

14. Особенности гормонального статуса у детей младшего школьного возраста на Европейском Севере /

Р В. Кубасов, А. В. Ткачев, Л. В. Поскотинова и др. // Физиология человека. — 2003. — Т. 29, № 5. — С. 170—172.

15. Панин Л. Е. Медицинские и научные проблемы освоения человеком Крайнего Севера / Л. Е. Панин // Вестник АМН России. — 1993. — № 8. — С. 9—13.

16. Рачев Р. Р. Тиреоидные гормоны и субклеточные структуры / Р Р. Рачев, Н. Д. Ещенко. — М. : Медицина, 1975. — 294 с.

17. Сезонные изменения параметров кардиореспи-раторной системы жителей Севера / М. П. Рощевский,

В. Г. Евдокимов, А. С. Овсов, Н. Г. Варламова // Физиология человека. — 1993. — Т.18, № 6. — С. 44 — 50.

18. Семененя И. Н. Функциональное значение щитовидной железы / И. Н. Семененя //Успехи физиологических наук. — 2004. — Т. 35, № 2. — С. 41—56.

19. Солонин Ю. Г. Гемодинамика, выносливость и психомоторика у жителей разных широт в контрастные периоды года / Ю. Г. Солонин // Физиология человека. — 1996.

— Т. 22, № 23. — С. 113—117.

20. Фарбер Д. А. Методологические аспекты изучения физиологии развития ребенка / Д. А. Фарбер, М. М. Безруких // Физиология человека. — 2001. — Т. 27, №

5. — С. 8—16.

21. Флейшман А. Н. Медленные колебания гемодинамики / А. Н. Флейшман. — Новосибирск, 1999. — С. 264.

22. Эндокринная система и обмен веществ у человека на Севере. — Сыктывкар : Коми научный центр УрО РАН, 1992. — 156 с.

23. Evdokimov V. G. Influence of severe climatic living conditions on the state of cardiorespiratory systems of schoolchildren in European North / V. G. Evdokimov, O.V Rogachevskaya // Environment and Human Health: The complete Works of International Ecologic Forum, June 29

— July 2, 2003, St. Petersburg, Russia / Ed. G. A. Sofronov.

— SPb. : SpecLit, 2003. — P 724—726.

24. Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular control / S. D. Akselrod, D. Gordon, F. A. Ubel et al. // Science.

— 1981. — Vol. 213, N 4503. — P 220.

25. Tanner J. M. Clinical longitudinal standart for height, weight, height and weight velocity and stages of puberty / J. M. Tanner, R. H. Whitehouse // Arch. Dis. Child. — 1976.

— Vol. 51. — P 170—179.

ENDOCRINE PROVISION OF AUTONOMIC REGULATION OF CARDIAC RHYTHM IN NORTHERN ADOLESCENTS*

L. V. Poskotinova, Е. V. Krivonogova, E. V. Tipisova

Institute of Environmental Physiology Ural Branch RAS, Arkhangelsk

The dependence of the endocrine-neurovisceral status in adolescents on duration of a light day and geographical latitudes of the northern territories has been shown.

Key words: cardiac rhythm variability, hormones, adolescents, North, mechanisms of autonomic regulation.