CC BY
133
ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИРКАДИАННОГО РИТМА ТЕМПЕРАТУРЫ КОЖИ У ЧЕЛОВЕКА В ПЕРИОД ПОЛОВОГО СОЗРЕВАНИЯ
Т.С. Пронина1, В.П. Рыбаков ФГНУ «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования, Москва
Представлены результаты многолетнего исследования становления циркадианного ритма температуры (ЦРТ) кожи человека в процессе полового созревания. Для этого, был проведен 48-часовой мониторинг температуры (Т) кожи у детей, подростков и зрелых молодых людей обоего пола от 9 до 22-х лет с применением метода «ТЕРМОХРОН iButton». Возрастная динамика мезора, отражающая процесс становления терморегуляции организма в период полового созревания, носит волновой характер. Первая волна с максимумом Т наблюдалась у детей 10-11 лет, второй максимум Т - у подростков 14-15 лет. Причем у лиц мужского и женского пола, динамика мезора синхронна, однако, у девочек от 9 до 17 лет мезор достоверно выше. У взрослых людей 20-22 лет мезор выше у юношей. Динамика амплитуды ЦРТ не меняется до 12-13 лет, в 14-15 лет у мальчиков величина амплитуды снижается, а у девочек возрастает. В 16-17 лет у детей обоего пола этот хронопоказатель резко увеличивается с последующим значительным снижением к периоду зрелости (20-22 года). У мальчиков, амплитуда ЦРТ достоверно больше, чем у девочек, у взрослых мужчин и женщин этот показатель не отличается. При исследовании цикла сон-бодрствование выявлены периоды, в которых изменяется суточная терморегуляция: у мальчиков в возрасте 10-11 лет, а у девочек в 10-11 и в 16-17 лет. В эти периоды Т ночью выше, чем днем.
Ключевые слова: циркадианный ритм, температура кожи, терморегуляция, возраст.
Characteristic of circadian rhythm of human skin temperature during puberty.
The article presents the long-term research results of formation of skin temperature circadian rhythm (CRT) during puberty. For this purpose, there was held a 48-hour observation of skin temperature (T) in children, teenagers and mature young males and females aged 9-22 with the help of «Thermochron iButton» method. Age dynamics of mesor, which reflects the process of development of thermoregulation during puberty, was found to have wavelike character. The first wave with Т maximum was observed in 10-11-year-old children, the second Т maximum - in teenagers of 14-15 years old. In males and females mesor dynamics is synchronous, however, in girls aged 9-17 mesor is significantly higher. In adults (20-22 years old) mesor is higher in men. CRT dynamics does not vary up to 12-13 years old. At the age of 14-15 the amplitude falls in boys, and rises in girls. At the age of 16-17 years old this characteristic rises dramatically in children of both sexes to fall significantly later at the age of 20-22. Boys demonstrate significantly higher CRT amplitude, than girls, while in adult males and females this factor does not differ. While studying the dream-wakefulness cycle there were revealed certain periods during which daily thermoregulation changes: in boys at the age of 10-
Контакты: 1 Пронина Т.С. E-mail: <[email protected]>
11, and in girls at the age of 10-11 and in 16-17. During these periods Т at night is higher than in the afternoon.
Key words: circadian rhythm, skin temperature, thermoregulation, age.
Кожная температура является важным показателем функционального состояния организма, оценка которого имеет значение в разных ситуациях, связанных с адаптацией к факторам внешней среды и к мышечной деятельности, и отражает интенсивность теплоотдачи, которая, в свою очередь, зависит от теплопродукции, состояния кожных сосудов и активности потоотделения [15].
Суточный ритм температуры (Т) тела представляет собой совокупный результат изменения температуры ядра (внутренних органов) и температуры кожи. Известно, что супрахиазматические ядра (СХЯ) гипоталамуса являются терморегуляторным центром, сигналы от которого инициируют механизмы усиления или потери тепла, создавая, таким образом, циркадианный ритм температуры (ЦРТ) тела. СХЯ синхронизируют циркадианные ритмы (ЦР) других структур (органов), что приводит к многочисленным физиологическим и поведенческим ритмам. ЦРТ тела может выступать в качестве регулятора для других осцилляторов, в том числе в регуляции цикла сон-бодрствование. [20].
Как известно, основными показателями, характеризующими циркадианный ритм, является средний уровень (мезор), амплитуда колебаний и акрофаза (время максимума функции). Мезор (М) отражает так называемую центральную линию, вокруг которой происходят колебания физиологической функции на протяжении суток [6].
В литературе практически отсутствуют целенаправленные исследования ЦРТ в онтогенезе человека, особенно у детей разного возраста при различных состояниях и нагрузках. В то же время, литературные данные и результаты наших многолетних исследований показывают, что эти ритмы обладают индивидуальными, возрастными и половыми особенностями [8, 9, 10, 16].
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения ЦРТ у школьников без их отрыва от обычного суточного режима: (время обучения в школе, домашняя работа, отдых, сон) мы использовали метод измерения температуры кожи «Термохрон iButton» [7]. Температуру измеряли (в градусах С) на верхней трети плеча с помощью таблетки-термометра. Мониторинг Т проводили с 10-минутными интервалами на протяжении 24 или 48 часов в зимний период у учащихся одной из школ г. Москвы и у студентов РГУФиТ. Всего в эксперименте приняло участие 160 школьников 3-11 классов и 47 студентов Считывание полученных результатов с термометра-таблетки осуществляли с применением специальной компьютерной программы для «Термохрона».
На основании полученных результатов были построены индивидуальные графики, рассчитан средний уровень (мезор) и амплитуда (разница между максимумом и минимумом) циркадианных колебаний. Выявление времени акрофазы (максимума Т) определяли по периоду максимума графика «скользящей средней».
Для исследования особенностей температурной динамики в различные периоды суток, связанных с различной активностью организма детей, был проведен хронобиологический анализ индивидуальных и групповых показателей Т кожи в
различные периоды суток: в период пребывания в школе (с 8часов 30 мин до 15 часов), в период нахождения дома (с 15часов до 23 часов 30 мин) и в ночное время (с 23 часов 30 минут до 7 часов утра). У студентов, у которых был индивидуальный дневной режим, сравнивали два периода: дневной и ночной (время сна).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Возрастная динамика мезора в период полового созревания у детей, подростков и зрелых людей обоего пола от 9 до 22-х лет представляет собой сложный процесс становления терморегуляции организма (рис. 1). Этот процесс имеет волновой характер: первая волна с максимумом Т наблюдается в период 10-11 лет (р < 0,001), второй максимум Т выявляется у подростков 14-15 лет (р < 0,001). Причем у детей мужского и женского пола возрастная динамика мезора синхронна, однако, у девочек от 9 до 17 лет мезор достоверно выше (р < 0,01). Это соотношение меняется у взрослых людей 20-22 лет, у которых этот хронопоказатель выше у юношей (р < 0,001). Таким образом, процесс температурного состояния у детей в период от 9 до 17 лет, имеет гендерные отличия: у девочек он выше, чем у мальчиков.
МЕЗОР ЦРТ
Рис. 1. Возрастная динамика мезора ЦРТ кожи у детей и взрослых.
М - мальчики____________, Д - девочки_________
Возрастные особенности волнового процесса теплоотдачи можно объяснить неравномерным функционированием систем энергетического обеспечения мышечной и эндокринной деятельности в период полового созревания детей.
Кроме того, следует учитывать и результаты многочисленных данных возрастной физиологии и биохимии о неравномерном развитии энергетики скелетных мышц. Известно, что в основе представления об организации процессов раз-
вития лежат чередующиеся периоды, состоящие из фазы активации дифференци-ровочных процессов, за которой следует фаза ростовых процессов. Для детей в возрастном диапазоне от 9 до 17 лет можно выделены два таких периода. Первый период - от 9 до 13 лет - период начала пубертатных процессов (полуростовой скачок). Фаза дифференцировок в 9-10 лет. Фаза роста в 11-13 лет. Второй период
- от 14 до 17 лет - период завершения пубертатных процессов. Фаза дифференцировок — в 14 лет Фаза усиленного роста в 15-17 лет [13]. Результаты нашего исследования, отражающие температурный статус организма ребенка, подтверждают двухфазность терморегуляторного процесса, соответствующего этим двум периодам пубертата.
Исследование возрастной динамики амплитуды ЦРТ (рис. 2) у детей разного пола показало, что у мальчиков и девочек она не меняется до 12-13 лет. В то же время, в возрасте 14-15 лет наблюдается ее разнонаправленный характер: у мальчиков величина амплитуды снижается, а у девочек возрастает. В 16-17 лет у детей обоего пола этот хронопоказатель резко увеличивается (р < 0,01) с последующим значительным снижением (р < 0,01) к периоду зрелости (20-22 года). У девочек всех возрастов амплитуда ЦРТ значительно ниже (р < 0,05), чем у мальчиков, а у взрослых людей амплитуда достоверно не отличается у лиц разного пола.
Рис. 2. Возрастная динамика амплитуды ЦРТ кожи у детей и взрослых. М -мальчики_________________________, Д - девочки_________
Существует гипотеза, что величина циркадных амплитуд температуры увеличивается с возрастом, достигая максимума в зрелом возрасте, а затем, к старческому периоду, амплитуда снижается (гипотеза «волчка»). Этими же автороми [2] было показано, что в ходе онтогенеза достигается максимальный хронодезм (коридор колебаний функции в течение суток) в соответствии с функциональными энергетическими потребностями организма. Но к старости интервал температур-
ного хронодезма ректальной температуры у человека уменьшается в два раза (от
0,8° до 0,4°С). Наши данные отчасти подтверждают эту гипотезу: максимальная амплитуда ЦРТ обнаружена на последней стадии полового созревания у подростков обоего пола в 16-17 лет. Следуя логическому заключению автора данной гипотезы, именно в этот период максимального хронодезма энергетические потребности организма должны быть максимальны. Так как, известно, что амплитуда ЦР
- это наиболее пластичный показатель, то ее изменение при воздействии внутренних и внешних факторов является показателем адаптационного процесса и, может служить характеристикой «биологического статуса организма», его адаптационным критерием [16].
Максимальный «адаптационный коридор» циркадианного ритма в возрасте 16-17 лет может быть свидетельством завершения процесса созревания эндокринных функций. К 22 годам, у юношей и девушек снижаются оба хронопоказателя, созревший организм как бы «успокаивается». Именно на последнем этапе полового созревания, когда завершаются процессы становления гормональных функций, когда организм подвергается максимальным функциональным перестройкам, ему «необходим» большой коридор колебаний терморегуляторных функций. Снижение суточных колебаний у взрослых людей также подтверждает эту возрастную. особенность физиологии.
Сопоставление величины Т у детей разного возраста и пола в разные периоды суток (в школе, дома и в ночной период) показало следующее: у мальчиков всех возрастов максимальная Т имеет место в период пребывания в школе (дома Т несколько ниже), но достоверное (р < 0,01) снижение Т наступает ночью во время сна (рис. 3). У девочек такая динамика Т наблюдается во всех возрастах, кроме 10-11-летних и 16-17-летних. В этих возрастных группах происходит снижение Т в период пребывания дома (р < 0,01) и повышение во время сна, что, видимо, отражает суточный дисбаланс, связанный с перестройкой терморегуляторной и эндокринных функций. Вполне вероятно, что в эти периоды полового созревания, происходит изменение энергетической и эндокринной функций организма девочек в цикле сон-бодрствование [17].
Сравнение амплитуды колебаний Т в те же периоды суток (рис. 4) выявило следующую динамику: у мальчиков величина амплитуды, наименьшая в период пребывания в школе, она увеличивается в следующие периоды суток, достигая больших величин в период сна (р < 0,05). Такие изменения происходят во всех возрастных группах, кроме детей 10-11-лет, у которых максимальная амплитуда наблюдается в период пребывания дома (р < 0,05). В группе юношей не выявлены различия величины амплитуды колебаний в разные периоды суток. У девочек максимальная амплитуда выявляется в период сна от 9 до 13 лет, у подростков-девочек двух возрастных групп 14-15 и 16-17 лет наибольшая амплитуда Т обнаружена в период пребывания дома (р < 0,05).
Увеличение амплитуды колебаний Т у мальчиков в 10-11 лет и у девочек в 14-15 и 16-17 лет также возможно являются отражением возрастного суточного дисбаланса, и могут свидетельствовать о большей подвижности (чувствительности) вегетативных функции у детей в эти периоды полового созревания в цикле сон-бодрствование.
35,0
34,5
— 34,0
га
п.
й. 33,5
33,0
32,5
Средняя температура в разные периоды суток у мальчиков разного возраста
Средняя температура в разные периоды суток у девочек ^ разного возраста
34,5
34,0 -
Iго а
ф
5 33 5
ф 33,5
33,0
32,5
Рис. 3. Средняя температура в разные периоды суток у мальчиков (верхний рисунок) и девочек (нижний рисунок) разного возраста.
* - достоверное отличие (р < 0,01)
Рис. 4 Амплитуда колебаний в разные периоды суток у мальчиков и девочек разного возраста (верхний рис. - мальчики, нижний рис. - девочки).
* - достоверное отличие (р < 0,05)
Полученные результаты возрастных особенностей одного из показателей энергетического гомеокинеза - температуры, в разные возрастные периоды и в разные периоды суточной активности расширяют наши представления о становлении терморегуляторных функций в период полового созревания. На каждом этапе в этом периоде обнаруживается сложная зависимость активности механизмов терморегуляции от роста и развития, интенсивности обменных процессов и состояния ряда эндокринных функций [3, 11, 12].
Изменение величины температурного обмена с возрастом связано с изменением терморегуляторных процессов растущего организма. Этот процесс не прямолинеен: возрастная динамика хронопоказателей ЦРТ кожи в период полового созревания отражает периоды увеличения и снижения теплоотдачи. Известно, что устойчивая обратная связь в системе «гипофиз-щитовидная железа» формируется в 8-9 лет, а температурный обмен в этом возрасте находится на низком уровне. Его значительное увеличение, по нашим данным, происходит у 10-11-летних детей. Связано ли такое увеличение с синергетическим эффектом тироксин - сома-томедин или же с начальным процессом активности гонад остается открытым вопросом. Тем не менее, факт резкого увеличения ростовых процессов у 10-11-летих установлен [1], а значит и энергетическая потребность должна быть повышена. Литературные данные свидетельствуют, что «возрастные изменения скорости роста скелетной мускулатуры характеризуется двухвершинной кривой. Восходящая часть первого ростового пика, которая относится к периоду начала пубертатных перестроек, приходится на возраст 9-13 лет» [4, 12]. В этом возрасте высока роль гормонов щитовидной железы тироксина. Именно в этом возрасте (11-12 лет по нашим данным) имеет место максимальная теплоотдача организма. Кроме того, имеются сведения о взаимосвязи и взаимодействии гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы и мелатонина в регуляции ЦРТ тела [18]. Проявление второй фазы роста - (14-17 лет) это быстрые изменения скорости ростовых процессов. В этот период главную роль играет гормон роста, который активно действует на зоны роста подростков[19]. К 22 годам эти зоны закрываются и энергетические процессы снижаются. Результаты нашей работы, отражающие динамику показателя теплоотдачи (динамика мезора ЦРТ) у испытуемых от 12 до 22-х лет синхронна с динамикой концентрации гормона роста в крови ровесников [11].
Таким образом, изучение хроноархитектоники суточного ритма температуры у детей разного возраста дает возможность определить нормативные физиологические критерии температурного гомеостаза здорового организма в процессе полового созревания.
ВЫВОДЫ
1. С помощью метода «Термохрон» определена возрастная хронобиологиче-ская норма мезора и амплитуды ЦРТ кожи (норма теплоотдачи) у детей в период полового созревания.
2. Возрастная динамика мезора ЦРТ у детей, подростков и зрелых людей обоего пола от 9 до 22-х лет - это двухвершинный процесс с максимумами в периоды 10-11 и 14-15 лет. Процесс теплоотдачи у детей в период от 9 до 17 лет, имеет гендерные отличия: у девочек он выше, чем у мальчиков.
3. Возрастная динамика амплитуды ЦРТ у детей разного пола не меняется до 12-13 лет. В 14-15 лет у мальчиков амплитуда снижается, а у девочек возрастает. В 16-17 лет у детей обоего пола этот хронопоказатель максимален. У девочек всех возрастов амплитуда ЦРТ ниже, чем у мальчиков. Максимальный возрастной хронодезм в 16-17 лет свидетельствует о значительных адаптационных возможностях организма подростков.
4. Сопоставление величины температуры у детей в разные периоды суток (в школе, дома и в ночной период) показало, что у мальчиков всех возрастов максимальная величина имеет место в период пребывания в школе, снижение температуры наступает ночью во время сна. У девочек такие же изменения наблюдается во всех возрастных группах, кроме 10-11-летних и 16-17-летних, у которых низкая температура обнаружена в период пребывания дома.
5. Наибольшая амплитуда среднепериодических колебаний у детей обоего пола обнаружена в период сна, кроме 10-11 летних мальчиков и 14-17-летних девочек, у которых наибольшая амплитуда имеет место в домашний период.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антропова М.В. Физическое развитие подростков и их работоспособность. /М.В.Антропова // Физиология развития подростка. - М.: Педагогика, 1988. - С. 158-184.
2. Губин Д.Г. Температура тела человека как проблема хронобиологии / Д.Г. Губин, Г.Д. Губин, С.В. Куликова // Тез. докл. «Циклы»: Материалы третьей межд. конф. - Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2001. - С. 31-39.
3. Колесов Д.В. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания / Д.В. Колесов, Н.Б. Сельверова. - М.: Педагогика, 1978. - 221 с.
4. Корниенко И.А. Энергетическая и физиологическая «стоимость» мышечной работы детей 7-17 лет / И.А. Корниенко, В.Д. Сонькин // Физиология человека. - 1991. - Т.17. - № 5. - С. 130-141.
5. Корниенко И.А. Развитие системы нейроэндокринной регуляции / И.А. Корниенко, В.Д. Сонькин // Физиология развития ребенка. - М.: Изд-во РАО, ИВФ, 2000. - С. 142-147.
6. Моисеева Н.И. Временная среда и биологические ритмы. / Н.И. Моисеева, В.М. Сысуев. - Ленинград: Наука. 1981 - 128 с.
7. Программа: Thermo Chron. Revisor. [Электронный ресурс: апрель 2005г.]: http. //www,elin.ru/.
8. Пронина Т.С. Возрастные изменения параметров циркадного ритма температуры тела у детей 8-13 лет./ Т.С. Пронина, В.П. Рыбаков // Новые исследования по возрастной физиологии. - 2010. - Т. 36. - №1. - С. 75-83.
9. Пронина Т.С. Особенности циркадианного ритма температуры кожи у детей 8-9 лет и молодых людей / Т.С. Пронина, В.П. Рыбаков // Физиология человека. - 2011 - Т. 37. - №4. - С. 1-7.
10. Рыбаков В.П. Биологические ритмы ребенка / В.П. Рыбаков, Н.И. Орлова, Т.С. Пронина, Ю.Н. Чернышева, И.А. Момот // Физиология развития ребенка. -М.: Изд-во РАО, ИВФ, 2000. - С. 287-295.
11. Сельверова Н.Б. Развитие системы нейроэндокринной регуляции / Н.Б. Сельверова, Т.А. Филиппова // Физиология развития ребенка. - М.: РАО, ИВФ. 2000. - С. 104-126.
12. Сонькин В.Д. Основные закономерности и типологические особенности роста и физического развития / В.Д. Сонькин, И.А. Корниенко, Р.В. Тамбовцева, В.В. Зайцева, С.И. Изаак // Физиология развития ребенка. - М.: Изд-во РАО, ИВФ, 2000 - С. 31-59.
13. Сонькин В.Д. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе / В.Д. Сонькин, Р.В. Тамбовцева. - М.: Изд-во «Книжный дом Либро-ком», 2011. - 368 с.
14. Степанова С.И. Биологические аспекты проблемы адаптации / С.И. Степанова. - М.: Наука, 1986. - 244 с.
15. Kenney W.L., Invited review: aging and human temperature regulation / W.L. Kenney, T.A. Munce // J.Appl. Physiol. - 2003. - Dec. - V.95. - №6 - P. 25982598.
16. Kripke D.F. Circadian phase in adults of contrasting ages / D.F. Kripke // Chronobiol. Int. - 2005. - V. 22. - №4. - Р. 695-709.
17. Kubota T. Effects of nocturnal bright light on saliva melatonin, core body temperature and sleep propensity rhythms in human subjects / T. Kubota // Neurosci. Res. - 2002. - V. 42. - №2. - Р. 115-122.
18. Mazzoccoli G. The hypothalamic-pituitary-thyroid axis and melatonin in humans: possible interactions in the control of body temperature / G Mazzoccoli, A. Giuliani, S.Carughi, A. De Cata, F.Puzzolante, M. La Viola et al // Neuro Endocrinol Lett. -2004. - V. 25. - № 5. - P. 368-372.
19. Smyczynska J Growth hormone (GH) peak after falling asleep reflects spontaneous nocturnal GH secretion, however is not corresponding to the results of GH stimulating tests in children with short stature / J Smyczynska, R. Stawerska , A. Lew-inski , M. Hilczer .// Neuro Endocrinol Lett. - 2012. - V. 33. - №1. - P. 37-41.
20. Weinert D. Ageing Research Reviews / D.Weinert // Thermodynamics and Ageing. - 2010. - V. 9. - №1. - P. 51-60.
