CC BY
70
УДК 612.1/.2(470.13-25) + 613.614: 613.693
солонин юрий григорьевич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией социальной физиологии Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (г. Сыктывкар). Автор 330 научных публикаций, в т. ч. 4 монографии
МАРКОВ Александр леонидович, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник отдела экологической и социальной физиологии человека Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (г. Сыктывкар). Автор 35 научных публикаций
Бойко Евгений рафаилович, доктор медицинских наук, профессор,заведующий отделом экологической и социальной физиологии человека Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (г. Сыктывкар). Автор 380 научных публикации, в т. ч. 11 монографий
функциональное состояние сыктывкарских участников проекта «марс-500» в контрастные периоды года
В рамках проекта «Марс-500» проведено комплексное обследование 17 мужчин - жителей г. Сыктывкара с целью изучения особенностей функционального состояния организма в контрастные периоды года. В июле обнаружено напряжение механизмов, регулирующих кровообращение и терморегуляцию, а также увеличение числа лиц с «донозологическими» и «преморбидными» состояниями. У мужчин-северян выявлены особенности организма, связанные с проживанием в высоких широтах.
Ключевые слова: мужчины, Север, проект «Марс-500», уровень здоровья, донозологические и пре-морбидные состояния, контрастные периоды года
Введение. Изучению влияния сезонного фактора на организм человека посвящено много публикаций [1]. При этом подчас получены противоречивые данные о состоянии отдельных функциональных параметров в разные сезоны. Поэтому требуется дальнейшее изучение данного фактора с использованием большого набора показателей и оценочных критериев
© Солонин Ю.Г, Марков А.Л., Бойко Е.Р., 2012
здоровья. В этом плане представляет интерес организованный на Севере России многомесячный эксперимент по проекту «Марс-500». В рамках этого проекта в контрастные периоды года (январь и июль) проведено обследование группы волонтеров в г. Сыктывкаре с целью изучения сезонных особенностей функционального состояния организма северян и
сравнения полученных данных с результатами обследования международного экипажа испытателей, находящихся в 520-суточной изоляции в модуле «марсианского корабля», и с данными других экспериментальных групп в разных точках Земли.
Методика. Исследование выполнено по единой методике, разработанной в Институте медико-биологических проблем РАН [2, 3] под идейным руководством д. м. н., профессора РМ. Баевского.
В работе использован аппаратно-программный комплекс «Экосан-2007» фирмы «Медицинские компьютерные системы» (г. Зеленоград). Этот комплекс реализует методологию донозологического контроля за состоянием здоровья, позволяет получать показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР), дисперсионного картирования ЭКГ, время простой (ПЗМР) и сложной (СЗМР) зрительно-моторных реакций. Наряду с этим применяли общепринятые соматометрические и физиометриче-ские показатели и методики для определения и оценки состояния кардиореспираторной системы и терморегуляции.
Под наблюдением находились 17 практически здоровых мужчин, родившихся и постоянно проживающих в Сыктывкаре (61°40^, 50°51'Е). Это были научные работники и служащие МЧС из группы так называемых «сидячих профессий» с малой физической активностью и с ограниченным временем нахождения на открытом воздухе. Они дали информированное согласие на проведение обследований. Исследование одо-
брено локальным комитетом по биоэтике при Институте физиологии Коми НЦ УрО РАН. Некоторые характеристики волонтеров представлены в табл. 1.
В ходе обследования контролировали температуру наружного воздуха, атмосферное давление, относительную влажность воздуха и температуру воздуха в помещении. Данные по световому климату в районе Сыктывкара (длительность светового дня и суммарная освещенность за месяц) взяты из источника [4]. Весовое содержание кислорода в атмосфере (PO2) было рассчитано по формуле Клапейрона.
У волонтеров измеряли рост, массу тела и рассчитывали индекс массы тела (ИМТ). Долю жира в теле определяли прибором OMRON BF 302 (Япония). Силу сжатия кисти измеряли пружинным динамометром и рассчитывали силовой индекс (СИ - сила/масса тела*100). Жизненную емкость легких (ЖЕЛ) определяли сухим спирометром и рассчитывали жизненный индекс (ЖИ - ЖЕЛ/масса тела). Проводили пробу с максимальной задержкой дыхания после предварительного вдоха (проба Штанге). Температуру тела (барабанной перепонки) измеряли электронным инфракрасным термометром модели UT-101 (A&D Company Ltd., Japan), а температуру кожи на кисти цифровым электронным термометром модели DT-635 (A&D Company Ltd., Japan).
Артериальное давление (САД и ДАД) и частоту сердечных сокращений (ЧСС) в покое сидя измеряли электронным прибором модели UA-767 (A&D Company Ltd., Japan). Рассчиты-
Таблица 1
ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ОБСЛЕДОВАННУЮ ВЫБОРКУ ИЗ 17 МУЖЧИН
Показатели Пределы колебаний M±SD
Возраст, лет 25,0-46,0 32,90±5,84
Рост, см 164,0-188,0 174,60±6,28
Масса тела, кг 63,0-106,0 79,90±11,80
Индекс массы тела, кг/м2 21,9-32,3 26,10±3,11
Доля жира в теле, % 10,6-32,1 19,70±5,47
вали пульсовое давление (ПД), двойное произведение (ДП), индекс функциональных изменений (ИФИ), вегетативный индекс Кердо (ВИК), индекс Скибинской (ИС) и кардиореспиратор-ный индекс Самко (КРИС).
С помощью аппаратно-программного комплекса «Экосан-2007» у волонтеров, находящихся в покое в положении сидя в течение 5 минут, регистрировали электрокардиограмму и получали показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР): RMSSD, рКЫ50, SDNN, стресс-индекс @Г), ТР, Щ LF, VLF, ЦЩ HF, %, LF, %, VLF, %, LF/HF, индекс централизации ІС [LF+VLF)/HF] и показатель активности регуляторных систем (ПАРС) [2], а также индекс «Миокард» [5].
Волонтерам предъявляли пробу Мартине (20 приседаний за 30 с) с записью САД, ДАД, ПД и ЧСС до нагрузки и на 1-й, 3-й и 5-й минутах восстановления и ортостатическую пробу с записью АД и ЧСС на 5-й минуте в положении лежа и на 1-й, 3-й и 5-й минутах в положении стоя.
Полученные материалы подвергнуты статистической обработке с помощью программ Biostat 4.03 и Statistica 6.0 с проверкой вариационных рядов на характер распределения (по критерию Шапиро-Уилка). В связи с тем, что ряд показателей имеет асимметричное распределение, для представления данных в табл. 2 и 3 применяли центильный метод с обозначением медианы (Ме) и 25 и 75 процентилей. При анализе результатов статистически значимые различия между месяцами определяли по критерию Манна-Уитни. Критическим уровнем статистической значимости принимали р<0,05. Для показателей с распределением, близким к нормальному, приведены средние арифметические величины со стандартным отклонением (M±SD). Проводили ранговую корреляцию по Спирмену.
Результаты и обсуждение. Как следует из табл. 2, наряду с четкими межсезонными различиями таких астрономических параметров как длительность светового дня, освещенность на улице, наблюдаются существенные разли-
Таблица 2
ПАРАМЕТРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ (СРЕДНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ПРЕДЕЛЫ КОЛЕБАНИЙ) И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ (медиана, 25-й и 75-й персентили)
У 17 МУЖЧИН-ЖИТЕЛЕЙ СЫКТЫВКАРА В КОНТРАСТНЫЕ СЕЗОНЫ
Показатели Январь Июль Р
Длительность светового дня на 21 число, ч 6,7 18,2 -
Суммарная освещенность за месяц, клк*104 30 1000 -
Весовое содержание кислорода в воздухе, г/м3 330 302-341 273 268-282 -
Атмосферное давление, мм рт.ст. 4 •о 1 г- о 4 г- 4 5 •о ^ 76 4 7 -
Температура наружного воздуха, оС -18,0 (-8Н-32) 22,0 14-31 -
Температура воздуха в помещении, оС 22,2 20-24 26,9 25-30 -
Влажность воздуха в помещении, % 31 26-35 53 47-65 -
ИМТ, кг/м2 24,72 23,72-27,97 24,41 24,01-27,19 >0,05
САД, мм рт.ст. 122,0 115,0-130,0 120,0 114,2-132,5 >0,05
Окончание табл. 2
Показатели Январь Июль Р
ДАД, мм рт.ст. 75,0 72,0-77,0 79,00 71,0-80,0 >0,05
ПД, мм рт.ст. 44,0 42,0-51,0 44,5 37,0-47,2 >0,05
ДП, усл. ед. 86,2 83,0-90,5 96,0 85,2-109,0 <0,05
ИФИ, баллы 2,37 2,30-2,60 2,54 2,32-2,67 >0,05
Сила кисти, кг 47,00 46,00-53,00 47,00 43,25-52,25 >0,05
СИ, % 62,11 56,79-66,20 60,50 55,75-64,75 >0,05
Проба Штанге, с 63,0 59,0-78,0 70,0 57,8-83,0 >0,05
ЖИ, мл/кг 51,32 47,4-56,4 57,00 49,0-60,5 <0,05
ИС, баллы 37,3 35,5-48,6 41,0 32,0-44,5 >0,05
КРИС, усл.ед. 1,02 0,89-1,09 0,94 0,85-1,10 >0,05
ВИК, % -7,14 (-19)-(+1) 8,00 (-10)-(+13) (+13,0)(+13,0) >0,05
Температура тела, °С 35,20 34,90-35,30 35,50 35,18-35,80 <0,01
Температура кожи, °С 31,20 30,30-31,90 34,60 32,95-36,02 <0,01
ПЗМР, мс 196,0 184,0-217,0 196,5 176,2-211,0 >0,05
СЗМР, мс 239,0 219,0-265,0 224,5 208,2-237,2 >0,05
Индекс «Миокард», % 15,0 14,0-15,0 14,0 14,0-15,0 >0,05
чия в содержании кислорода в атмосфере и в температуре наружного воздуха. Температура воздуха в помещении и его относительная влажность также изменялись, но в менее широких пределах, и находились в фазе с наружной температурой. Уровень атмосферного давления имел тенденцию к повышению зимой.
Антропометрические, физиометрические и физиологические показатели у обследо-
ванных лиц имеют большие, подчас значительные межиндивидуальные различия. В настоящей работе анализируются усредненные значения по группе. У ряда показателей изменения их значений от сезона к сезону не имеют статистически значимых различий. Это касается таких показателей как ИМТ, время задержки дыхания на вдохе (проба Штанге), сила кисти и СИ, время простой и сложной ЗМР, ИС, КРИС, САД, ДАД, ПД, ИФИ, ВИК,
Таблица 3
ПОКАЗАТЕЛИ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У 17 МУЖЧИН - ЖИТЕЛЕЙ СЫКТЫВКАРА (медиана, 25-й и 75-й персентили)
В КОНТРАСТНЫЕ СЕЗОНЫ
Показатели Январь Июль Р
ЧСС, уд/мин 72,0 69,0-76,0 77,0 74,5-86,2 <0,05
RMSSD, мс 29,00 28,00-34,00 21,50 20,00-27,00 <0,05
р№Ы50, % 7,90 5,50-12,30 5,05 3,70-6,35 <0,05
SDNN, мс 41,70 38,02-49,59 36,38 27,69-45,59 >0,05
SI, усл. ед. 96,0 80,0-119,0 146,0 90,2-234,2 <0,05
ТР, мс2 1546 1195-1715 1149 594-1612 >0,05
ОТ, мс2 314,4 246,3-484,6 206,3 151,0-264,5 <0,05
LF, мс2 377,4 287,4-654,5 508,3 274,5-746,6 >0,05
мс2 270,4 202,6-427,3 158,3 106,1-269,6 <0,05
иь^ мс2 308,2 197,8-409,0 189,5 126,8-316,6 >0,05
Ш7, % 34,80 28,10-40,60 22,25 17,23-35,05 >0,05
LF, % 39,90 33,40-47,50 54,75 43,20-64,80 <0,05
VLF, % 22,60 17,60-35,10 18,80 13,70-23,65 >0,05
LF/ШF 1,01 0,88-1,49 2,56 1,27-3,38 <0,05
ІС, усл, ед, 1,87 1,46-2,56 3,50 1,86-4,81 <0,05
ПАРС, баллы 2,0 1,0-3,0 5,0 4,0-6,2 <0,01
индекс «Миокард», некоторых показателей вариабельности сердечного ритма: SDNN, ТР, LF,
Значения многих показателей в контрастные сезоны статистически значимо различаются. Так, ДП, ЖИ, ЧСС, SI, LF%, 1С, LF/HF были наивысшими летом, а RMSSD, р№№50, HF, 'VLF наивысшими - зимой (р<0,05). Более выраженные межсезонные изменения (р<0,01) обнару-
живаются по ПАРС, а также по показателям терморегуляции - температуре тела и, особенно, температуре кожи. В результате градиент температур «ядро-оболочка» был наибольшим зимой (4оС) и наименьшим летом (менее 1°С).
По показателю активности регуляторных систем или уровню здоровья (ПАРС) у ряда испытателей (практически здоровых людей, без жалоб на самочувствие) наблюдаются отклоне-
ния от физиологической нормы. Причем зимой только у трех испытателей выявлены «донозо-логические» состояния, тогда как летом у семи добровольцев отмечены «донозологические» состояния и у шести - «преморбидные». Ухудшение здоровья в июле безусловно можно связать с летней жарой и снижением Р02 в атмосфере. Это подтверждается и корреляционными связями.
Анализ корреляций показал, что ЧСС связана с Р02 (г = -0,514), с температурой наружного воздуха (г=0,500), с температурой воздуха в помещении (г = 0,465). Значения стресс-индекса ^Г) также коррелируют с Р02 (г = -0,415), с температурой наружного воздуха (г = 0,452), с температурой воздуха в помещении (г = 0,440). Значения ПАРС связаны с Р02 (г = -0,567), с температурой наружного воздуха (г = 0,502), с температурой воздуха в помещении (г = 0,642), с влажностью воздуха в помещении (г = 0,536). Во всех случаях р<0,01 (п=34).
Реакция гемодинамики по сезонам на физическую нагрузку была однотипной, она характеризовалась заметным повышением САД, ПД и ЧСС в ответ на нагрузку и неполным восстановлением показателей даже на 5-й минуте, что говорит о замедлении переходного процесса и инерционности механизмов регуляции кровообращения у северян. При этом выявлена тенденция - летом на нагрузку больше реагирует ЧСС (хронотропная реакция), а зимой - САД (прессорная реакция).
Изменения показателей гемодинамики при ортопробе характеризуются слабой реакцией САД, заметным повышением ЧСС, и особенно ДАД, снижением ПД. При этом опять-таки, летом преобладают сдвиги в ЧСС, а зимой - в САД и ДАД. В целом по результатам этой пробы можно говорить о повышенной реакции ДАД на ортостаз и сниженной ортостатической устойчивости у северян.
Если рассматривать среднегрупповые значения различных показателей и их соотношения с существующими нормативами, то можно отметить, что отобранная группа испытателей-северян отличается от жителей средних ши-
рот повышенным ИМТ, сниженными СИ, ЖИ, замедленной психомоторной реакцией (по ПЗМР), отрицательными значениями ВИК зимой (признак преобладания парасимпатического влияния на кровообращение), повышенными НР %, LF %, пониженными VLF %, повышенным ГС и индексом «Миокард». Полученные значения RMSSD, р№№50, SDNN, ГС свидетельствуют о доминировании центрального контура регуляции ритма сердца над автономным. Таким образом, можно говорить о влиянии ряда внешних факторов, в основном связанных с сезонностью, на функциональное состояние волонтеров-северян.
Информация по сезонным изменениям различных функциональных показателей широко представлена в литературе [1, 6]. Рядом авторов получены ожидаемые сдвиги некоторых функций организма по сезонам года: зимой были выше САД, ДАД и ЧСС [7, 8, 9]. В теплый период года отмечено снижение САД в 25 популяциях в 16 странах [10]. Индексы вариабельности сердечного ритма (ВСР) ниже летом, чем зимой [11], а вариабельность ЧСС была ниже зимой, чем летом, хотя по длительности интервалов Я-Я не было сезонных различий [12]. Сезонные вариации были найдены для таких показателей ВСР как ТР и LFP [13]. С повышением температуры в теплый сезон года отмечено уменьшение ряда показателей ВСР (коэффициента вариации, мощности низкочастотного и высокочастотного спектров) [14]. При стандартных микроклиматических условиях в разные сезоны года выявлено, что кожная температура была в фазе с температурой наружного воздуха[15].
Полученные нами данные в контрастные сезоны года в ряде случаев созвучны с результатами других авторов. Но в литературе чаще можно встретить выводы о том, что в холодный период года организм жителей Севера испытывает большее напряжение, чем в теплый. Наше исследование показало, что необычно жаркие дни лета для организма северянина могут представляться более серьезным негативным фактором по сравнению с привычным холодом
зимой. Во всяком случае уместно прогнозировать, что глобальное изменение климата (как потепление, так и похолодание) может отрицательно сказаться на здоровье северян.
Таким образом, изучение функциональных показателей участников эксперимента «Марс-500» в Сыктывкаре оказалось плодотворным,
поскольку выявило в отдельные периоды наблюдений наличие «донозологических» и даже «преморбидных» состояний у практически здоровых людей, влияние факторов сезонности на организм и особенности организма людей, проживающих в условиях северных широт.
Список литературы
1. Сезонная динамика физиологических функций у человека на Севере / под ред. Е.Р. Бойко. Екатеринбург, 2009.
2. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Введение в донозологическую диагностику. М., 2008.
3. Оценка уровня здоровья при исследовании практически здоровых людей / Р.М. Баевский, А.П. Берсенева, Е.Ю. Берсенев. М., 2009.
4. Климат Сыктывкара / под ред. Ц.А. Швер. Л., 1986.
5. Иванов Г.Г., Сула А.С. Метод дисперсионного картирования ЭКГ в клинической практике. М., 2008.
6. Солонин Ю.Г. Сезонные изменения физиологических функций у жителей Севера // Физиология человека. Т. 21. № 6. 1995. С. 70-75.
7. Hemodynamics of Seasonal Adaptation / J.L. Izzo, P.S. Larrabee, E. Sander, L.M. Lillis // Am. J. Hypertens. V 3 (5). 1990. P. 405-407.
8. Exercise Blood Pressure Changes Between Seasons / E. Kristal-Boneh, P. Froom, G. Harari, H. Silber, J. Ribak // Blood Press Monit. V. 2 (5). 1997. P. 223-227.
9. Madsen C., NafstadP. Associations Between Environmental Exposure and Blood Pressure Among Participans in the Oslo Health Study (HUBRO) // Eur. J. Epidemiol. V. 21 (7). 2006. P. 485-491.
10. WHO MONICA Project. The Effect of Temperature on Systolic Blood Pressure / A.G. Barnett, S. Sans, V Salomaa, K. Kuulasmaa, A.J. Dobson // Blood Press Monit. V 12 (3). 2007. P. 195-203.
11. Heart Rate Variability. Standards of Measurement, Physiological Interpretation and Clinical Use // Circulation. V 93. 1996. P. 1043-1065.
12. Summer-Winter Differences in 24 h Variability of Heart Rate / E. Kristal-Boneh, P. Froom, G. Harari, J. Ribak // J. Cardiovasc Risk. V. 7 (2). 2000. P. 141-146.
13. Reproducibility and Seasonal Variation of Ambulatory Short-Term Heart Rate Nariability in Healthy Subjects During a Self-selected Rest Period and During Sleep / J. Kristiansen, A. Olsen, J.H. Skotte, A.H. Garde // Scand. J. Clin. Lab Invest. V 69 (6). 2009. P. 651-661.
14. Ambient Temperature, Air Pollution, and Heart Rate Variability in an Aging Population / C. Ren, M.S. O Neill, S.K. Park, D. Sparrow, P. Vokonas, J. Schwartz // Am. J. Epidemiol. V. 173 (9). 2011. P. 1013-1021.
15. Umemiya N. Seasonal variations of physiological characteristics and thermal sensation under identical thermal conditions // J. Physiol Anthropol. V 25 (1). 2006. P. 29-39.
Solonin Yuri Grigoryevich
Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Institute of Physiology (Syktyvkar),
Markov Alexander Leonidovich
Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (Syktyvkar),
Boiko Evgeny Rafailovich
Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (Syktyvkar)
FUNCTIONAL STATUS OF “MARS-500” PROJECT PARTICIPANTS FROM SYKTYVKAR
IN DIFFERENT SEASONS OF THE YEAR
To assess particular features of the human organism functional status in different seasons of the year, 17 male Syktyvkar residents were examined within "Mars-500" project. In July the participants showed increased sympathetic activity in blood circulation and thermoregulation; more participants had prenosological and premorbid states. Several physiological features in male northerners resulting from living in high latitudes were revealed.
Key words: men, north, “Mars-500” project, health level, prenosological and premorbid states, different seasons of the year.
Контактная информация: Солонин Юрий Григорьевич e-mail: solonin@physiol.komisc.ru
Марков Александр Леонидович e-mail: volkarb@mail.ru
Бойко Евгений Рафаилович e-mail: erbojko@physiol.komisc.ru
Рецензент - Циркин В.И., доктор медицинских наук, профессор кафедры нормальной физиологии Казанского государственного медицинского университета
