Годичная ритмика секреции инсулина и кортизола у детей, проживающих на различных географических широтах Европейского Севера Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.4.018:612.6.661(4701/25)

ГОДИЧНАЯ РИТМИКА СЕКРЕЦИИ ИНСУЛИНА И КОРТИЗОЛА У ДЕТЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ НА РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ШИРОТАХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА

© 2007 г. Д. Б. Демин, Л. В. Поскотинова

Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, г. Архангельск

Исследована внутригодовая динамика уровней инсулина и кортизола одновременно в двух группах детей и подростков 10-16 лет, постоянно проживающих в разных географических широтах и климатоэкологических условиях Европейского Севера России (районы, пограничные с приполярными и умеренными широтами). У обследованных выявлены цирканнулярные изменения уровней инсулина и кортизола.

В контрастные периоды года (периоды минимальной и максимальной продолжительности светового дня) в их крови определены минимальные концентрации инсулина и максимальные — кортизола. Наибольшая амплитуда годичных колебаний выявлена для кортизола на севере, для инсулина — на юге региона. Установлена прямая зависимость содержания инсулина и кортизола в крови обследованных от продолжительности светового дня. На севере региона эта зависимость более выражена у детей в начале полового созревания, на юге — у подростков в конце полового созревания.

Ключевые слова: инсулин, кортизол, фотопериодика, Север.

Изучение функционирования регуляторных систем организма при адаптации к природным факторам Севера — актуальная задача экологической физиологии. С медико-биологической точки зрения, одним из компонентов, определяющих степень суровости климатических условий Севера, является резкая контрастность продолжительности светового дня в течение года. Этот контраст еще больше возрастает с увеличением географической широты, достигая максимума в приполярных и полярных районах.

У человека, проживающего в северных широтах, колебания функций желез внутренней секреции в контрастные периоды года достигают значимых различий. В научной литературе сведения о влиянии фотопериодики на функцию эндокринной системы касаются главным образом взрослого населения [1, 4, 6, 8]. Сведения о формировании гормонального профиля у детей и его цирканнулярной динамике в основном представлены авторами, изучавшими их на среднеширотных территориях [2, 3]. Комплексные исследования внутригодовой динамики эндокринных процессов у детей одновременно на разных географических широтах и в разных климатоэкологических условиях Европейского Севера России не выполнялись.

Целью данной работы явилось изучение внутригодовой динамики уровней инсулина и кортизола у детей и подростков, проживающих на различных северных территориях.

Материалы и методы

В течение двух лет, по четыре раза в год (сентябрь, декабрь, март, июнь), были одновременно обследованы две группы практически здоровых мальчиков и юношей в возрасте от 10 до 16 лет, родившихся и постоянно проживающих в разных географических широтах и климатоэкологических условиях Европейского Севера России. Первая группа детей постоянно проживает в д. Климовская Коношского района Архангельской области. Район исследования находится на 61° с. ш. и относится к буферной, переходной, зоне между территориями с дискомфортными условиями проживания и умеренными широтами [5]. Вторая группа — из пос. Рикасиха Приморского района Архангельской области, который является пограничным с приполярными широтами (64°30’ с. ш.). Все дети и подростки на момент обследования не имели острых заболеваний и хронической соматической патологии. Общий объем выборок составил 246 человек для Коношского района и 198 — для Приморского.

В течение года, в зависимости от продолжительности светового дня (DLD), на территориях, где проводились исследования (Коношский / Приморский районы), рассматривали следующие периоды: минимальной DLD

(21—22 декабря) — 5 час 35 мин / 3 час 50 мин; нарастания DLD (28—29 марта) — 13 час 30 мин / 12 час 15 мин; максимальной DLD (6—7 июня) — 18 час 40 мин / 21 час 35 мин; уменьшения DLD (23— 24 сентября) — 12 час 00 мин / 9 час 55 мин [7].

Для оценки сезонных изменений уровней гормонов выделили две группы: 1-я группа — дети I (препубер-тат) и II стадии полового развития; 2 группа — дети III и IV стадии развития (собственно пубертат). Стадию полового развития оценивали по балловой формуле полового созревания путем определения степени выраженности вторичных половых признаков и развития половых органов [9].

В сыворотке крови определяли уровни гормонов поджелудочной железы (общий инсулин) и коры надпочечников (общий кортизол). Кровь брали натощак из локтевой вены в 8.30 — 9.00 утра, центрифугировали, отбирали и замораживали сыворотку для дальнейших исследований. Гормоны определяли методом радиоиммунометрического анализа на автоматизированном комплексе “Наркотест” с применением коммерческих наборов реактивов фирм ‘Чтшип^еЛ” (Чехия) и “Белорис” (Белоруссия). Использованы диапазоны колебаний гормональных показателей для исследуемой возрастной группы согласно инструкциям к наборам для радиоиммунометрического анализа гормонов: общий инсулин — до 14 мкЕд/мл, общий кортизол — 180—580 нмоль/л.

Статистическую обработку полученных результатов, оценку распределения показателей, определение границ нормального распределения проводили с помощью компьютерного пакета прикладных программ $1а1Мюа 5.5 (‘^(а^ой”, США). Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимали за 0,05. Оценка соотношений генеральных дисперсий в большинстве сравниваемых выборок показала их неравенство. В связи с этим статистическую обработку проводили непараметрическими методами. Учитывали средние значения (М), стандар-

тные отклонения (SD). Для проверки статистической гипотезы разности средних значений использовали ANOVA (Analysis of Variances), метод множественных сравнений, критерий наименьшей значимости. Корреляционный анализ параметров проводили с учетом ранговой корреляции по Spearmen.

Результаты исследования

Изучение секреции инсулина и кортизола в течение года позволило выявить их цирканнулярную динамику (табл. 1, 2). Годичная ритмика инсулина с повышением от декабря к марту (р < 0,05) и дальнейшим резким снижением к июню — сентябрю (р < 0,01) в целом сходна в обоих районах, лишь у детей младшей возрастной группы Коношского района отмечены наименьшие летние концентрации гормона со значимым повышением его осенью. Наиболее высокоамплитудные годичные колебания инсулина с повышенными концентрациями гормона весной отмечены на юге области. Максимальные значения инсулина у детей обеих возрастных групп в обоих районах обследования выявлены в марте (1 1,05—12,60 мкЕд/мл на юге области и 9,79—10,03 мкЕд/мл на севере). Минимальные уровни для Коношского района отмечены в июне у 1-й группы детей (5,04 мкЕд/мл) и в сентябре у 2-й группы (9,24 мкЕд/мл), а для Приморского района в декабре для обеих возрастных групп (7,74 и 7,20 мкЕд/мл).

Статистически значимые широтные различия в содержании инсулина зарегистрированы в декабре в обеих возрастных группах (р < 0,05 и р < 0,001), в марте во 2-й (р = 0,05), в июне — в 1-й (р < 0,01).

Годичная динамика кортизола аналогична у всех обследованных детей, отмечено повышение уровня гормона в контрастные периоды года (зимой и летом), снижение — весной и осенью, максимальная амплитуда годичных колебаний выявлена у детей на севере области (р < 0,01). У детей младшей возрастной

Таблица 1

Цирканнулярные изменения концентраций инсулина и кортизола у мальчиков Коношского (К) и Приморского (П) районов Архангельской области на 1—11 стадии полового развития (М ± SD)

№ Месяц N Инсулин, мкЕд/мл Кортизол, нмоль/л

п/п К П К П К П

1 Декабрь 25 27 8,52 ± 3,10 7,74 ± 2,79 501,68 ± 157,76 493,34 ± 172,36

2 Март 25 24 11,05 ± 3,82 9,79 ± 1,70 391,90 ± 125,52 321,02 ± 145,00

3 Июнь 29 23 5,04 ± 2,01 9,62 ± 3,10 466,45 ± 116,62 443,81 ± 128,51

4 Сентябрь 32 21 8,39 ± 3,56 7,79 ± 2,78 460,53 ± 173,85 395,64 ± 49,08

Статистически значимое отличие между сравниваемыми группами (р) р2-3=0,01 р2-4=0,043 Остальные р > 0,05 р1-2=0,034 р1-3=0,002 р3-4=0,01 Остальные р > 0,05 р1-2=0,02 Остальные р > 0,05 р1-2=0,004 р2-3=0,02 Остальные р > 0,05

рК1-П1 = 0,014; рК3-П3=0,005 рК2-П2 0,05

Таблица 2

Цирканнулярные изменения концентраций инсулина и кортизола у мальчиков Коношского (К) и Приморского (П) районов Архангельской области на III—IV стадии полового развития (М ± SD)

№ Месяц N Инсулин, мкЕд/мл Кортизол, нмоль/л

п/п К П К П К П

1 Декабрь 31 28 11,54 ± 3,90 7,20 ± 2,28 445,52 ± 135,06 453,56 ± 163,81

2 Март 34 23 12,60 ± 4,37 10,03 ± 2,11 404,32 ± 154,64 284,05 ± 113,37

3 Июнь 28 32 9,74 ± 3,09 7,30 ± 2,85 443,43 ± 138,69 550,28 ± 146,14

4 Сентябрь 42 20 9,24 ± 2,93 7,73 ± 2,93 330,93 ± 130,46 440,63 ± 91,75

Статистически значимое отличие между сравниваемыми группами (р) р1-3=0,002 р1-4=0,005 р2-3=0,004 р2-4=0,01 Остальные р > 0,05 р1-2=0,003 р2-3=0,005 р3-4=0,04 Остальные р > 0,05 р1-4=0,005 р2’3-4=0,001 Остальные р > 0,05 р1-2=0,03 р2-3=0,002 р2-4=0,04 Остальные р > 0,05

рК1-П1 < 0,001; рК2-П2 = 0,05 рК2-П2 = 0,003; рК4-П4 < 0,001

группы в обоих районах максимальные концентрации кортизола выявлены в декабре (501,68 нмоль/л на юге области и 493,34 на севере), минимальные значения отмечены в марте (391,90 и 321,02 нмоль/л соответственно). В старшей возрастной группе наивысшие концентрации гормона выявлены в декабре для юга области (445,52 нмоль/л) и в июне — для севера (550,28 нмоль/л), а наименьшие уровни зарегистрированы в сентябре у мальчиков на юге области (330,93 нмоль/л) и в марте — на севере (284,05 нмоль/л). Значимые широтные отличия в содержании кортизола выявлены в марте у всех обследованных детей (р < 0,05) и в сентябре — у подростков (р < 0,001).

При корреляционном анализе установлена зависимость содержания инсулина и кортизола в крови обследованных лиц от продолжительности светового дня. На юге региона влияние DLD на содержание инсулина отмечено у подростков в конце полового созревания (г = —0,52), на севере эта зависимость более выраженна у детей в начале полового созревания (г = 0,63). Активное влияние светового режима на функцию коры надпочечников отмечено у подростков Приморского района (г = 0,51).

Обсуждение результатов

Среди климатогеографических условий места проживания, влияющих на состояние эндокринной системы, для северных территорий одним из наиболее значимых факторов по праву можно считать контрастную фотопериодику. Особенно демонстративны в этом отношении летний (июнь) и зимний (декабрь) периоды, когда отмечаются максимальные различия светового режима. Кроме того, продолжительность светового дня является относительно постоянным, стабильным показателем, влияние его в одинаковой степени повторяется каждый год в одно и то же

время. На широтах, где проводились исследования (61° / 64°30’ с. ш.), разница в продолжительности светового дня между июнем (18 час 40 мин / 21 час 35 мин) и декабрем (5 час 35 мин / 3 час 50 мин) составила 13 час 05 мин / 17 час 45 мин [7], т. е. имеется значительная разница светового режима в противоположные периоды года. Зимой на севере области световой день короче в среднем на 1 час 45 мин, а летом длиннее на 2 час 55 мин. Таким образом, контрастная фотопериодика в Приморском районе еще более отчетлива, чем в Коношском.

Активизация инсулярного аппарата поджелудочной железы происходит в месяцы с коротким световым днем (декабрь — март). Являясь важнейшим регулятором основных видов межуточного обмена, инсулин прямо или косвенно оказывает влияние на энергетические процессы в организме, обеспечивая при этом адаптационные возможности организма к изменяющимся условиям окружающей среды [1, 4]. Адаптогенное действие инсулина в зимне-весенний период особенно заметно у мальчиков на юге области. Наиболее высокоамплитудная годичная ритмика колебаний инсулина также характерна для детей Коношского района. Продолжительность светового дня оказывает ингибирующее воздействие на содержание инсулина у подростков на юге области в конце полового созревания, а на севере региона потенцирует выработку гормона у мальчиков в начале пубертата.

Кора надпочечников наиболее чувствительна как к избытку, так и к недостатку световой активности [3,

4, 6], подтверждение этому — абсолютно идентичная годовая динамика кортизола у всех обследованных детей с максимальными концентрациями в летние и зимние месяцы. Наибольший подъем ее активности отмечен с увеличением возраста и географической широты проживания. Так, повышенные уровни корти-

зола у подростков Приморского района подвержены максимальной амплитуде годичных колебаний, а фактор DLD максимально стимулирует у них продукцию гормона в период бурного формирования вторичных половых признаков (2-я группа).

Таким образом, зимне-весенний период является своеобразным подготовительным этапом в обеспечении организма запасами пластического материала, необходимого для активных метаболических процессов в летний период. Поддержание гомеостаза в этот период обеспечивается за счет усиления продукции инсулина, особенно значительной у мальчиков южного Коношского района. Достаточно мощный регулятор углеводного и белкового обменов, гормон адаптации — кортизол проявляет максимальную активность в оба контрастных периода года (декабрь, июнь). Наибольшими стимуляторами адаптационных возможностей растущего детского организма к региональным климатическим условиям являются на юге области инсулин, на севере — кортизол.

Выводы

1. У обследованных мальчиков и юношей (10— 16 лет), проживающих в Архангельской области, выявлены цирканнулярные изменения уровней гормонов поджелудочной железы (инсулин) и коры надпочечников (кортизол).

2. В обоих исследованных районах в контрастные периоды года в крови обследованных лиц определены минимальные концентрации инсулина и максимальные — кортизола. Наибольшая амплитуда годичных колебаний выявлена для кортизола на севере, для инсулина — на юге области.

3. Установлена зависимость содержания инсулина и кортизола в крови обследованных лиц от продолжительности светового дня. На севере области эта зависимость более выраженна у детей в начале полового созревания, на юге — у подростков в конце полового созревания.

Список литературы

1. Бойко Е. Р. Влияние продолжительности светового дня на эндокринные и биохимические показатели у человека на Севере / Е. Р. Бойко, А. В. Ткачев // Физиологический журнал им. И. М. Сеченова. — 1995. — Т. 81, № 7. — С. 86-92.

2. Микадзе Д. С. Сезонные ритмы функциональной активности гипофиза и инсулярного аппарата у здоровых детей в возрасте 8-15 лет / Д. С. Микадзе // Педиатрия. — 1987. — № 3. — С. 23-25.

Контактная информация:

Демин Денис Борисович — кандидат биологических наук, научный сотрудник Института физиологии природных адаптаций УрОРАН

Адрес: іВ30Ві, г. Архангельск, пр. Ломоносова, д. 249 Тел. (8182) 28-В2-ВБ, ф. (8і82) ВБ-29-92; e-mail: [email protected]

3. Пронина Т. С. Возрастная динамика глюкокортико-идной функции надпочечников у школьников 11 — 15 лет с учетом сезонных колебаний / Т. С. Пронина // Нов. исслед. по возрастной физиологии. — 1985. — № 2. —

С. 30-34.

4. Раменская Е. Б. Влияние сезонности и фотопериодизма на гормональный профиль жителей Севера /

E. Б. Раменская // Адаптация и резистентность организма на Севере (физиолого-биохимические механизмы). — Сыктывкар : КНЦ УрО РАН, 1992. — С. 68-84.

5. Селин В. С. Проблемы районирования Севера и Арктики России / В. С. Селин, А. В. Ткачев // Север России : актуальные проблемы развития и государственный подход к их решению / Научный совет РАН по вопросам регионального развития ; КНЦ УрО РАН. — М. ; Сыктывкар, 2004. — С. 76-98.

6. Ткачев А. В. Современные представления о влиянии климата Севера на эндокринную систему человека / А. В. Ткачев, И. М. Кляркина // Физиологические закономерности гормональных, метаболических, иммунологических изменений в организме человека на Европейском Севере. — Сыктывкар : КНЦ УрО РАН, 1997. — C. 6-17.

7. Трешников А. В. Атлас Арктики / А. В. Трешников. — М. : ГУ Геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1985. — С. 18.

8. Bronson F. H. Are humans seasonally photoperiodic /

F. H. Bronson // Journal of Biological Rhythms. — 2004. — Vol. 19, N 3. — P 180-192.

9. Marshall W. A. Variations in the pattern of pubertal changes in boys / W A. Marshall, J. M. Tanner // Arch. Dis. Child. — 1970. — N 45. — Р 13-23.

CIRCANNUAL RHYTHM OF INSULIN AND CORTISOL SECRETION IN CHILDREN LIVING IN DIFFERENT LATITUDES OF EUROPEAN NORTH

D. B. Demin, L. V. Poskotinova

Institute of Environmental Physiology, Russian Acad.

Sci., Ural Branch, Arkhangelsk

The circannual rhythm of insulin and cortisol in boys 10-16 years living in different climatoecological areas of European North (border of arctic zone and temperate climate) were investigated. We revealed circannual rhythm of these hormones. In contrast periods (max and min day light duration) in serum revealed minimal levels of insulin and maximal levels of cortisol. The more amplitude of cortisol is at North latitude but insulin — in temperate region. We revealed direct relation of serum cortisol and insulin from day light duration. This dependent is more intensity at children in first halt of sexual maturity in North area but at boys in second halt — more intensity in South region.

Key words: insulin, cortisol, photoperiodism, North.

Статья поступила 04.09.2006 г.