CC BY
155
ХРОНОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКАДИАННОГО РИТМА ТЕМПЕРАТУРЫ КОЖИ У ПОДРОСТКОВ 14-17 ЛЕТ
Т.С. Пронина1, В.П. Рыбаков Институт Возрастной физиологии РАО, Москва.
Задачей настоящей работы явилось изучение возрастных особенностей цир-кадианного ритма температуры кожи с применением метода «ТЕРМОХРОН iButton». Исследовали суточный ритм температуры тела у двух возрастных групп подростков: 14-15 и 16-17 лет. Для этого был проведен мониторинг температуры на протяжении 48 часов с интервалом регистрации10 минут. Выявлены достоверные хронобиологические отличия: мезор температуры выше у подростков девочек обеих возрастных групп, чем у ровесников мальчиков. Амплитуда циркадианного ритма значительно возрастает у подростков обоего пола с 14 лет по сравнению с детьми предшествующих возрастов. Исследования хронобио-логических показателей в разные периоды суток показали, что средний уровень температуры в ночное время ниже у всех мальчиков и у девочек 14-15 лет. У подростков девочек 16-17 лет этот показатель ночью выше. Амплитуда у мальчиков обеих возрастных групп больше в период пребывания дома, а у девочек в она выше в ночной период.
Ключевые слова: подростки, циркадианный ритм, температура кожи.
Chronobiological peculiarities of circadian Rhythm of skin temperature in teenagers At the age of 14-17 years old. The task of this research was to study age peculiarities of circadian rhythm of skin temperature using the method "THERMOCHRON i Button". The object of the study was the circadian temperature rhythm in two age groups of teenagers: of 14-15 and 16-17 years old. For the purposes of this study the monitoring of temperature was held for 48 hours every 10 minutes. The results revealed significant chronobiological differences: daily temperature level is higher in girls of both groups in comparison with their male peers. Amplitude of circadian rhythm rises significantly in teenagers of both sexes since 14 years in comparison with younger children. The analysis of chronobiological indices at different periods of the day showed that average temperature level at night is lower in all boys and girls aged 14-15 years old. In 16-17-year-old girls this characteristic is higher. The amplitude in boys of both age groups is higher when at home when in girls it is higher at night.
Key words: teenagers, circadian rhythm.
Температура (Т) тела является одним из интегративных показателей общего состояния организма, в том числе, его энергетического обмена и функционирования нейроэндокринной системы. Тепловой баланс регулируется сложно, он определяется соотношением теплопродукции и теплоотдачи. Отведение тепла - важнейшая задача терморегуляции, а изменение уровня теплоотдачи зависит от уровня колебаний энергетического обмена и определяется уровнем основного обмена.
Центральным звеном, ответственным за терморегуляцию, является гипоталамус. Регуляция температуры кожи осуществляется через гормоны гипоталамуса путем сжатия поверхности кровеносных сосудов, расположенных на поверхности
Контакты:1 Т.С.Пронина, E-mail: pronina.ts@mail.ru
кожи (снижение), либо путем увеличения потоотделения и расширения сосудов (повышение). Гипоталамическим центром терморегуляции является преоптиче-ская область, нейроны которой контролируют все виды терморегуляторных реакций [1, 8, 9].
В настоящее время циркадианные биологические ритмы человека рассматриваются в качестве универсального критерия функционального состояния организма и являются одним из важных механизмов его приспособления к окружающей среде [2, 8, 20, 21].
Хронобиологические параметры хорошо изучены в норме, при многих патологиях, трансмеридианных перемещениях, в эксперименте, в условиях отсутствия влияния внешних временных датчиков [10, 11, 23, 24, 25] . Однако исследования в онтогенезе касаются больших возрастных периодов: инфантильного, зрелого и старческого [1, 15, 17, 26].
Основой оптимального развития растущего организма является достижение определенной степени согласованности между биологическими и социальными ритмами, а хронобиологические характеристики функционального состояния ребенка являются наиболее чувствительными индикаторами.
Результаты объемного гигиенического исследования здоровья школьников В.А. Доскина и Н.Н. Куинджи [3] позволили сделать следующее заключение: показателями оптимального состояния здоровья явились высокий среднесуточный уровень, оптимальная выраженность дневной амплитуды и стабильность акрофа-зы дневного отрезка циркадианного ритма Т тела. Показателями низких функциональные возможностей служили меньший среднедневной уровень, снижение амплитуды колебаний, неустойчивость акрофазы дневного отрезка циркадианного ритма Т тела. Эти исследователи на основании полученных ритмологических сведений показали незавершенность процесса созревания циркадианной системы у большинства учащихся среднего школьного возраста и высокий процент детей, функциональные возможности которых не соответствуют требованиям социальных нагрузок. Однако они не имели возможностей исследовать суточную динамику температуры, их результаты основываются только на данных дневного периода.
Становление параметров суточных ритмов различных функций организма происходит постепенно, что может свидетельствовать о поэтапном созревании центральных гипоталамических регуляторных механизмов.
Задачами настоящей работы явились: 1) определение возрастных и половых особенностей циркадианного ритма температуры (ЦРТ) кожи у подростков обоего пола двух возрастных групп: 14-15 и 16-17 лет по показателям среднесуточного уровня и амплитуды колебаний; 2) выявление особенностей хронобиологических показателей температуры в различные периоды суточной активности организма: в период пребывания в школе, в период нахождения дома и в ночной период.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для характеристики ЦРТ у детей, находящихся в обычном режиме (обучение в школе, домашняя работа, отдых, сон) был использован метод измерения температуры: «Термохрон 1БиИоп» [5]. Этот метод применяют к объектам с постоянной
или периодически меняющейся Т. Он дает возможность провести мониторинг Т с любым заданным интервалом тестирования.
Температуру измеряли (в градусах С) на верхней трети плеча с помощью таблетки-термометра. Измерения проводили с 10-минутными интервалами на протяжении 24 или 48 часов. Мониторинг Т проводили в зимний период у учащихся одной из школ г. Москвы. Первая группа: 38 учащихся 8-х и 9-х классов (18 девочек и 20 мальчиков), вторая группа: 49 учащихся 10 и 11 классов (24 мальчиков и 25 девочек) в условиях пребывания в школе и дома (в периоды активной деятельности и в период сна). Считывание полученных результатов с термометра-таблетки осуществляли через специальное крепежное приспособление к компьютеру и с применением специальной программы для «Термохрона». Были построены индивидуальные графики, рассчитан средний уровень (мезор) и амплитуда (разница максимум - минимум) циркадианных колебаний и выявлено время фазы максимума (время акрофазы).
Кроме того, был проведен хронобиологический анализ индивидуальных и групповых показателей Т тела в различные периоды активности организма: 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).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Сравнительный анализ ЦРТ у подростков 14-17 лет показал как индивидуальные сходства, так и индивидуальные различия (рис. 1). Полученные кривые отражают сложный процесс изменений этого показателя в разные периоды суток. При утреннем просыпании Т резко возрастает, затем проявляются колебания, связанные с завтраком, уличным переходом в школу и началом занятий. Школьный период выделяется у большинства детей плавным увеличением температуры до 11 -13 часов. В 17-18 часов вновь наблюдается некоторое повышение Т с последующими колебаниями вплоть до периода засыпания. После засыпания амплитуды ультрадианных колебаний значительно возрастают, а в два-четыре часа (у некоторых подростков - и в шесть часов) имеет место резкое падение Т до 28 - 30 градусов.
Период и амплитуда ультрадианных колебаний в разное время суток имели выраженный индивидуальный характер.
Первой задачей нашего исследования был сравнительный анализ хронопока-зателей ЦРТ у двух возрастных групп подростков мальчиков и подростков девочек. Полученные результаты представлены в таблице 1. Видно, что мезор ЦРТ у подростков обоего пола 14-15 лет достоверно (р < 0,01) больше, чем у подростков 16-17 лет. В то же время среднесуточный уровень температуры у девочек достоверно (р < 0,02) выше, чем у мальчиков.
Амплитуда ЦРТ у старших подростков (16-17 лет) значительно выше (р < 0,01), чем у испытуемых младшей группы. При этом величина амплитуды у подростков мальчиков 16-17 лет больше (р < 0,02), чем у девочек.
Акрофаза ЦРТ у большинства обследованных детей находится в интервале 12-13 часов.
часы суток
Г.А. 23-24.02.11
37 ---
часы суток
Рис. 1. Образцы суточной динамики температуры у 2-х подростков мальчиков 17 лет
Таблица 1
Среднесуточный уровень и среднесуточная амплитуда колебаний температуры у подростков двух возрастных групп
Парам-ры Возраст (лет)
14-15 16-17
мальчики девочки мальчики девочки
мезор 34,11 ± 0,02 34,18 ± 0,02 33,94 ± 0,02 34,08 ± 0,02
Т р 2,34 р < 0,001 5,30 р < 0,001
амплитуда 4,80 ± 0,19 4,54 ± 0,13 5,78 ± 0,19 5,16 ± 0,17
Т р не достоверно 2,41 р < 0,02
Примечание: Т - достоверность различия между двумя возрастами; мезорМ-М5,86 (р < 0,001), Д-Д3,45 (р < 0,01) амплит. М-М3,65 (р < 0,01), Д-Д3,01 (р < 0,01)
При исследовании ритмологических показателей Т в различные периоды суточной активности организма (в период пребывания в школе, в период нахождения дома и в ночной период) было обнаружено (рис. 2), что у подростков мальчиков изменения среднепериодического уровня Т синхронны в обеих возрастных группах: снижение уровня Т от школьного периода в период пребывания дома и в ночной период. Именно во время сна выявляется достоверно (р < 0,02) низкий уровень Т.
У подростков девочек выявляется другая динамика. Так, у девочек младшей группы имеет место снижение Т к ночному периоду (р < 0,02), но не так резко выражено, как у мальчиков. У 16-17-летних девочек наблюдается парадоксальное увеличение Т (р < 0,02) во время сна.
Амплитуды колебаний Т кожи в разные периоды суток также имеют различия у подростков разного пола. Так, у мальчиков двух возрастов амплитуда колебаний одинаково возрастает, достигая в период сна максимальных величин. У девочек обеих возрастных групп наибольшая амплитуда обнаруживалась в период пребывания дома (р < 0,05).
Такие различия в ритмологических показателях у подростков разного пола в разное время суток, по всей вероятности, являются отражением гормональных влияний на термосистемы мальчиков и девочек. В этот период большинство (80%) испытуемых мальчиков находились на 4 стадии полового созревания, а девочки на 5 стадии. Особенно четко это различие проявилось у девочек в ночной период: увеличение уровня кожной Т и снижение величины амплитуд. Хорошо известен факт влияния ночного гормона мелатонина на снижение ночной Т [12, 13, 14, 18,]. У подростков мальчиков такое влияние хорошо выражено. У подростков девочек влияние этого гормона или менее выражено (у 14-15-летних) или совсем отсутствует (у 16-17-летних). Для дальнейших выводов необходимы исследования ритмологических показателей термосистемы следующих возрастов.
мальчики
]14-15лет 116-17лет
34,5п 34
33,5 33 32,5
И
ШКОЛА ДОМ НОЧЬ
девочки п 14"15лет 351 ■ 16-17лет
ШКОЛА ДОМ НОЧЬ
□ 14-15 лет
мальчики
■ 16-17 лет
5
4,5 4
3,51 3
2,5 2
ШКОЛА ДОМ НОЧЬ
девочки □ ■ 14-15 лет 16-17 лет
5 *
4,5
* *
3,5 2,5 *
2 ШКОЛА дом НОЧ 1Ь
Рисунок № 2 Среднепериодический уровень (верхний рисунок) и амплитуда колебаний (нижний рисунок) температуры кожи у подростков 14-15 и 16-17 лет в разные периоды суток (школа, дом, ночь).
* - достоверные различия между разными периодами в одной возрастной группе
Как было сказано, Т кожи является показателем теплоотдачи организма человека. Среднесуточный уровень Т, при частых измерениях, включает в себя всевозможные ультрадианные колебания теплоотдачи, то-есть уровень мезора можно считать наиболее точным возрастным энергетическим критерием. На рисунке № 3 представлена возрастная динамика мезора и амплитуды ЦРТ у детей с 8 до 17 лет. Видно, что мезор у девочек всех возрастных групп достоверно выше, чем у мальчиков, при этом возрастная динамика мезора у детей разного пола синхронна. Обнаружена двухвершинная кривая с максимами в 10-11 и 14-15 лет. Динамика теплоотдачи (мезор ЦРТ) хорошо коррелирует с увеличением величины константы скорости роста у детей в эти же периоды [9]. Таким образом, фазы увеличения Т кожи отражают фазы активации ростовых процессов, в которых происходит усиление всех процессов энергообеспечения организма (теплопродукции и теплоотдачи).
Амплитуда ЦРТ у мальчиков возрастает в возрасте в 10-11 и 16-17 лет. У девочек динамика амплитуды ЦРТ другая: этот хронопоказатель снижается от 8 лет к 12-13 годам и резко возрастает к 16-17 годам. Основываясь на результатах многих литературных работ по изучению величины амплитуды суточных ритмов, как критерия адаптоспособности человека [4, 10, 16, 22, 25], можно констатировать, что большая величина циркадианной амплитуды отражает лучшую приспособляемость к внешним влияниям, и может служить критерием этого физиологического «качества». Результаты настоящей работы показывают, что адаптационные качества терморегуляции у мальчиков до 13 лет «лучше», чем у ровесниц девочек. В подростковый период 14-15 лет у детей обоего пола адаптивные свойства выравниваются и одновременно резко возрастают к 16-17 годам.
Существует гипотеза [1], что величина циркадных амплитуд температуры увеличивается с возрастом, достигая максимума в зрелом возрасте в соответствии с функциональными энергетическими потребностями организма, а затем, к старческому периоду, амплитуда снижается (гипотеза волчка).
В настоящее время в литературе представлено достаточно много противоречивых сведений о связи изменений величины амплитуды суточных ритмов с процессами быстрой или медленной адаптации к изменяющимся внешним условиям [3, 7, 10, 12, 13, 18, 22, 23].
Н.И. Моисеева [4], исследовавшая ритмы вегетативной системы у людей после дальних перелетов, сделала следующий вывод: хорошо выраженные и строго повторяющиеся суточные колебания являются признаком способности быстрой адаптации к новому часовому поясу. С.И. Степанова [8] также считает, что большая изменчивость суточных кривых (большая амплитуда ритма) может служить критерием быстрой приспособляемости организма новым условиям. К таким же выводам пришли и французские исследователи во главе с Рейнбергом А. [21], которые показали, что адаптация к ночным работам значительно легче у людей с высокоамплитудным ритмом, чем у их же коллег с низкоаплитудным суточным ритмом.
Основываясь на литературных сведениях [26] и результатах наших работ [6, 7] можно считать, что большая амплитуда суточного ритма Т тела у мальчиков в возрасте от 8 до 13 лет, является показателем более выраженных адаптационных возможностей по сравнению с девочками.
возраст
Рисунок 3 Возрастная динамика мезора и амплитуды циркадианного ритма температуры кожи у школьников 8-17 лет
Большие индивидуальные различия величины суточных амплитуд могут служить критериями индивидуальной способности к адаптации при различных экзогенных влияниях. Особенно интересным нам представляется величины амплитуд ночных колебаний температуры, которые в дальнейших исследованиях могут рассматриваться не только с позиций возрастных особенностей, но и с точки зрения индивидуальных неврологических характеристик ребенка. Очень важна, в этом отношении, роль мелатонина, регулирующего суточный ритм организма ребенка и участвующего во многих физиологических функциях [11, 16]. Суточный мониторинг температуры может выявить (косвенным образом) особенности секретиру-емого гормона у детей и его влияние и роль в адаптации к социальным факторам.
В настоящее время имеется множество оснований для экспериментального изучения циркадианных ритмов у детей разного возраста при различных состояниях и нагрузках. Литературные данные и результаты наших многолетних исследований показывают, что эти ритмы обладают особенностями, которые подлежат основательному и системному изучению.
ВЫВОДЫ
1. Мезор температуры кожи у подростков 14-15 лет обеих возрастных групп выше, чем у 16-17-летних. Однако у всех девочек он выше, чем у мальчиков.
2. Амплитуда суточных колебаний температуры у 16-17 подростков обоего пола больше чем у 14-15 летних. У 14-15летних подростков обоего пола этот хро-нопоказатель не отличается, а у мальчиков 16-17 лет амплитуда больше, чем у девочек.
3. Средняя температура в ночной период у подростков мальчиков 14-17 лет и девочек 14-15 ниже, чем в период пребывания в школе и дома. У подростков девочек 16-17 лет ночная температура выше, чем в другие периоды суток.
4. Амплитуда колебаний температуры у подростков мальчиков 14-17 лет больше в дневное время, а у девочек - в ночной период.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Губин Г.Д. Температура тела человека как проблема хронобиологии. Теоретические и практические аспекты. Циклы. / Г.Д. Губин, Д.Г. Губин, С.В. Куликова // Материалы третьей международной конференции. - Ставрополь: СевКав-ГТУ. - 2001.- С. 95-116.
2. Деряпа Р.Р. Проблемы медицинской биоритмологии. / Р.Р. Деряпа, М.П. Мошкин, В.С. Постный, Н.Р. Деряпа, М.П. Мошкин, В.С. Постный. - М.: Медицина, 1985. - 208 с.
3. Доскин В.А. Биологические ритмы растущего организма / В.А. Доскин, Н.Н. Куинджи. - М. : Медицина, 1989. - 224 с.
4. Моисеева Н.И. Временная среда и биологические ритмы. / Н.И Моисеева, В.М. Сысуев. - Л.: Наука, 1981. - 128 с.
5. Программа Thermo Chron Revisor, [Электронный ресурс] - URL http; //www.elin.ru/ (дата обращения 10.01.2005).
6. Пронина Т.С. Суточная динамика температуры кожи у мальчиков и девочек 9-10 лет. / Т.С. Пронина, В.П. Рыбаков // Новые исследования. - 2008. - №4. -С. 72-78.
7. Пронина Т.С. Возрастные изменения параметров циркадного ритма температуры тела у детей 8-13 лет. / Т.С. Пронина, В.П. Рыбаков // Новые исследования. - 2010. - № 1 - С. 75-84.
8. Путилов А.А. «Совы», «Жаворонки» и другие. О наших внутренних часах и их влиянии на здоровье и характер. / А.А. Путилов // Новосибирский университет. - М.: Совершенство, 1997. - 264 с.
9. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. / В.Д. Сонькин, Р.В. Тамбовцева. - М.: Изд. Дом «Либ-роком», 2011. - 368 с.
10. Степанова С.И. Биологические аспекты проблемы адаптации / С.И. Степанова. - М. Наука, 1986. - 244 с.
11. Almirall H. Ultradian and circadian body temperature and activity rhythms in chronic MPTP treated monkeys. / Almirall H. // Neurophysiology. Clin. - 2001. - v. 3, N 3. - P. 161-70.
12. Dijk D.J. Timing and consolidation of human sleep, wakefulness, and performance by symphony oscillators. / Dijk D.J., von Schantz M. // J. Biol. Rhythms. - 2005. - v. 20. N 4. - P. 279-290.
13. Cagnacci A. Homeostatic versus circadian effects of melatonin on core body temperature in humans. / Cagnacci A. // J. Biol. Rhythms. - 1997. - V. 12, N 6. - P. 509-517.
14. De Koninck J. Biological rhythms associated with sleep and psychological adjustment. / De Koninck J. // J Psychiatry Neurosci. - 1991. - v. 16., N 3. - Р. 115-22.
15. Harper D.G. Disturbance of endogenous circadian rhythm in aging and Alzheimer Disease. / Harper D.G., Stopa EG, McKee AC, Satlin A, Harlan PC, Goldstein R, Volicer L.// Arch Gen Psychiatry. - 2001 - Apr; v. 58 - № 4. -Р. 353-60.
16. Hildebrandt G. The time structure of adaptation / Hildebrandt G. //Int. J. Chronobiol. - 1981 - V.7 - N 4. - P. 254.
17. Kripke D.F. Circadian phase in adults of contrasting ages. / Kripke D.F. // Cronobiol. Int. - 2005. - N 22., V. 4. - Р. 695-709.
18. Middleton B. Complex effects of melatonin on human circadian rhythms in constant dim light. / B. Middleton // J. Biol. Rhythms. - 1997 - V. 12 N 5. - Р.467-477.
19. Munoz-Hoyos A. Characteristic YD melatonin children with hormonedepend-ent and hormonindependent a growth inhibition / Munoz-Hoyos A., Jaldo R., Malina-Carballo A., Escames G. // J. Clin. Endocrinol. Metabol. - 2001. - V. 86, N 3 - Р. 11811187.
20. Redfern P. Waterhouse J. Circadian rhythms, jet lag, and chronobiotics: an overview. / Redfern P., Minors D. // Chronobiol. Intern. - 1994. - № 11. - Р. 253-256.
21. Reinberg A. Chronobiologie et morbidite. / A. Reinberg // Ann. Med. Interne, -1980 - V. 131. S 4. - P. 517-523.
22. Refinetti R. The circadian rhythm of body temperature / Refinetti R., Menaker M. // Physiol. Behav. - 1992. - N 51. - Р. 613-637.
23. Sloan E.P., Circadian rhythms and psychiatric disorders in the elderly. / Sloan E.P., // J. Biol. Rhythms. - 1996 - N 9, V. 4. - P. 164-170.
24. Tsujimoto T. Circadian rhythms in depression / Tsujimoto T. // Affect Disord. - 1990. - v. 18. - P. 199-210.
25. Waterhouse J. Some comments on the measurement of circadian rhythms after time-zone transitions and during night work. / Waterhouse J., Minors D., Redfern P. // Chronobiol. Int. - 1997. - N 14. - P. 125-132.
26. Yoon I.Y. Age-related changes of circadian rhythms and sleep-wake cycles / Yoon I.Y., Elliott J.A., Young S.D. // J. Am. Geriatr. Soc. - 2003. - V. 51, N 8. - P. 1085-1091.
