CC BY
162
УДК 612.4.018+577.345
ЦИРКАННУАЛЬНАЯ БИОРИТМИКА ГОРМОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЩИТОВИДНОЙ И ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ
© 2008 г. Р. В. Кубасов
Институт физиологии природных адаптаций Уральского отделения РАН, г. Архангельск
На основе современных научных литературных данных изложены представления о цирканнуальных изменениях гормональных показате^ лей щитовидной и половых желез. Ключевые слова: цирканнуальные биологические ритмы, человек, эндокринная система, щитовидная железа, половые железы.
Изучение функционирования регуляторных систем организма при адаптации к природным факторам является актуальной задачей в экологической физиологии. Потребность в комплексном подходе при рассмотрении адаптации организма к факторам внешней среды обозначает необходимость кооперации исследований различных направлений и выработки интегральных параметров, обозначающих уровень адаптированности всей живой системы. Данная задача значительно усложняется, когда речь идет о необходимости рассмотрения в динамике живых систем, соотношение компонентов в которых меняется согласно ритмике геофизических циклов окружающей среды.
Ритмичность функционирования — фундаментальное свойство живого организма, каждая физиологическая функция которого организована во времени. Среди огромного спектра биологических ритмов выделяют цирканнуальные, инфрадианные, циркадианные, которые жестко синхронизированы с геофизическими периодами окружающей среды [ 14]. Продолжительность светового дня является одной из наиболее стабильных величин, поскольку в одни и те же периоды года на одной широте она одинакова. С увеличением географической широты контрастность сезонов года по отношению к метеорологическим показателям возрастает, достигая максимума в приполярных и полярных районах. Особенно демонстративны в этом отношении периоды полярного дня (лето) и полярной ночи (зима), когда отмечаются максимальные различия светового режима. На высокоширотных территориях фотопериодическая зависимость представляет собой ритмообразующий фактор, влияющий на жизнедеятельность организма, в том числе и человека [5, 10, 26].
Эндокринная система является важнейшим регуляторным звеном, поддерживающим гомеостаз [4, 8, 39]. У человека, проживающего в высоких широтах, функционирование желез внутренней секреции в контрастные периоды года достигает значимых различий [1, 11, 13].
Сезонные изменения гормональных показателей системы «гипофиз — щитовидная железа» у человека
В литературе имеется достаточно сведений о годичных изменениях гормональных показателей тиреоидной системы регуляции у человека. Однако представленные результаты исследований противоречивы. Это, вероятно, связано с тем, что исследования проводились на различных территориях проживания, в разных широтах.
Среди взрослых людей, проживающих в зоне умеренных широт Европы, годичные ритмы содержания в крови тиреотропного гормона (ТТГ), тироксина (Т4), трийодтиронина (Т3), тироксинсвязывающего глобулина (ТСГ) выражены слабо. В то же время в ряде исследований обнаружены значимые изменения содержания этих гормонов в течение года. Так, у жителей Англии [24] выявлены значимые годичные ритмы уровней ТТГ (с максимумом весной) и Т3 (минимум весной и летом),
Экология человека 2008.02 Экологическая физиология
не обнаружено значимой сезонной ритмики для уровня Т4. Исследования, проводившиеся в Италии [18, 31, 35], выявили значимо более высокие концентрации Т3 зимой в сравнении с летом, в то время как для уровней ТТГ, Т4 и ТСГ не отметили сезонной динамики. Аналогичные результаты получены при проведении исследований среди жителей умеренных широт Азии (Япония) [21, 28, 30].
Среди взрослых жителей приполярных районов Северо-Западного региона России (Республика Коми, северные районы Архангельской области) также выявлены особенности сезонной динамики эндокринных функций. Содержание Т3 и Т4 у местных жителей и коренных народностей в период полярной ночи выше, чем в период полярного дня [3, 9, 12]. Не обнаружено статистически достоверных различий в содержании Т4 в контрастные сезонные периоды (полярный день и полярная ночь), в то время как уровень Т3 в зимнее время оказался сниженным.
Годичные изменения уровней ТТГ и гормонов щитовидной железы у людей, живущих в сверхширотных зонах и на субарктических территориях, также имеют ряд особенностей. У мужчин, постоянно проживающих на территории Северной Финляндии в Заполярье, концентрация свободного Т3 минимальна в феврале, а максимальна в августе. Уровень ТТГ максимален в декабре. Уровни общего и свободного Т4, а также общего Т3 не демонстрировали значимой сезонной ритмики. Уровень свободного Т3 имеет сильные корреляционные связи с температурой воздуха, а ТТГ — с продолжительностью светового дня. Установлены значимые корреляционные связи между продолжительностью светового дня и уровнями гормонов щитовидной железы [19, 22].
Установлены особенности гормонального профиля для лиц, работающих вахтовым методом и периодически (от полугода до года) проживающих в субарктических условиях. У молодых (19-40 лет) здоровых людей, находящихся на этих территориях до 5 месяцев, не выявлено годового ритма уровней ТТГ и Т4, а концентрация Т3 зимой повышается у них на 30 %. У лиц старше 41 года зимой наблюдается повышение уровня ТТГ на 30 %, а концентрация Т4 не изменяется. У молодых лиц, живущих в Арктике более 5 месяцев, уровень Т3 увеличивается почти в 2 раза, ТТГ — на 30-50 %, а уровень Т4 снижается в сравнении с таковым до приезда. Повторное нахождение в этих же условиях приводит к повышению уровней Т3 и Т4 [32].
Сведения об особенностях изменений тиреоидно-го профиля у детского населения в зависимости от фотопериода и сезонности малочисленны.
У детей, проживающих в регионах умеренных широт Европы, выявлены сезонные различия колебаний уровней гормонов. Причем окологодовая динамика их может отличаться не только в разных широтах, но и в разных странах проживания. Так, для детей, живущих на территории Грузии, самая высокая активность тиреотропной функции гипофи-
за обнаружена зимой, а минимальная - летом [2]. Концентрация Т4 зимой и осенью значимо ниже, чем летом и весной, что подтверждает роль щитовидной железы в процессах адаптации организма ребенка к сезонным изменениям внешней среды.
У детей, проживающих в Италии, в препубертатном периоде имеются окологодичные колебания лишь концентраций ТТГ с максимумом в декабре - январе и минимумом в августе. Окологодичные колебания уровней Т4 и Т3 не обнаружены [15]. Несколько другие результаты получены при проведении исследований на территории Румынии [29]. У обследованных детей сезонные изменения уровней общего и свободного Т4 более выражены, чем изменения уровней Т3. Максимальный уровень ТТГ наблюдался летом.
У школьников, проживающих на континентальных территориях Сибири, уровни Т4 и Т3 максимальны в январе, а в мае они достоверно снижаются [7].
Изучены сезонные изменения показателей ти-реоидного звена эндокринной регуляции у детей, проживающих на переходной между северными и умеренными широтами территории [6]. При этом с помощью математического моделирования доказано наличие значимого влияния на гормональные показатели такого фактора, как продолжительность светового дня. У детей, проживающих в южных районах Архангельской области, окологодовая динамика прослеживается для уровней Т4 и Т3. В период минимальной продолжительности светового дня (декабрь) и увеличения таковой (март) наибольшие концентрации определяются для Т3. в то же время для Т4 отмечена противоположная динамика, т. е. максимум определяется в период наибольшей продолжительности светового дня (июнь), а минимум - в период наименьшей (декабрь).
Из вышеизложенного можно заключить, что функционирование системы регуляции «гипофиз — щитовидная железа» у человека зависит от сезонов года и фотопериодических изменений. Эти факторы как в отдельности, так и в совокупности с другими определяют роль данной системы в сложных процессах роста, развития и адаптации организма к меняющимся условиям окружающей среды.
Сезонные изменения гормональных показателей системы «гипофиз — половые железы» у человека
в настоящее время не существует единого мнения о биологической целесообразности цирканнуальных ритмов изменений уровней гормонов, регулирующих репродуктивную сферу у человека. Некоторые авторы [16, 20] полагают, что системные, ритмические изменения концентраций этих гормонов в течение года присущи животным, а у человека они носят спорадический характер. В то же время многие исследователи [34, 38] допускают влияние фотопериодики на систему репродукции у людей.
Накоплены факты (в том числе и полученные опытным путем), подтверждающие гипотезу о значимом
влиянии светового режима на функционирование системы репродукции у человека [23, 33]. Так, в условиях эксперимента у людей-добровольцев при длительном ярком освещении увеличивается секреция лютеотропного гормона, но она не изменяется при обычном освещении, что подтверждает возможное влияние контрастных фотопериодических колебаний на репродуктивную систему [40].
В литературе сведения о сезонных и фотопериодических изменениях гонадотропных гормонов и половых стероидов у человека крайне немногочисленны. Такие исследования проводились лишь среди проживающих в условиях высоких широт, поскольку предполагается, что у человека, проживающего в умеренных широтах, значимые сезонные изменения этих гормонов отсутствуют [25].
Имеющиеся данные, посвященные изучению окологодовых изменений уровней гормонов системы «гипофиз — гонады» противоречивы. Так, по результатам одних исследователей у взрослых людей, проживающих в условиях высоких широт, определена значимая сезонная динамика половых стероидов [17, 36]. Общий тестостерон у них имеет максимальные концентрации в декабре — феврале, а минимальные в июне. Уровень свободного тестостерона минимальный в августе, а максимальный в декабре, т. е. наибольшие уровни тестостерона выявлены в месяцы с коротким световым днем. По данным других исследователей [27, 33, 37], динамика цирканнуальных изменений концентраций половых стероидов и гонадотропных гормонов противоположная. Здесь максимальные концентрации этих гормонов определялись в июне, а минимальне — в декабре-январе.
Сведения по вопросу сезонных изменений и влияния фотопериодики на гонадотропную функцию и секрецию половых желез у детей практически отсутствуют. Наиболее подробно в литературе описаны исследования, проводившиеся на Северо-Западной территории РФ (южные районы Архангельской области, территория, переходная между северными и умеренными широтами) [6]. Согласно им окологодовая динамика уровней прослеживается для гонадотропных гормонов (лютеотропный, фолликулостимулирующий гормоны), пролактина, половых стероидов (тестостерон, прогестерон, эстрадиол). По характеру изменений можно выделить две группы гормонов с характерной сходной окологодовой динамикой. В первую входят гормоны, наибольшие концентрации которых определяются в период минимальной продолжительности светового дня (декабрь) и увеличения таковой (март), — это гонадотропные гормоны, пролактин и прогестерон. Ко второй относятся гормоны с противоположной динамикой концентраций, т. е. максимум их определяется в период наибольшей продолжительности светового дня (июнь), а минимум — в период наименьшей (декабрь), — это тестостерон, эстрадиол. Кроме того, с помощью математического моделирования доказано, что продолжительность светового дня оказывает значимое влияние на содержание в сыворотке крови у детей пролактина, тестостерона и эстрадиола.
Таким образом, вопрос о влиянии сезонных фотопериодических изменений на регуляцию системы «гипофиз — гонады» остается открытым, не изучена биологическая сущность цирканнуальных ритмических изменений гормонов системы репродукции у человека.
В заключение следует сказать, что изучение физиологической роли биоритмики функционального состояния желез внутренней секреции позволит понять механизмы адаптации эндокринной системы к внешним условиям.
Список литературы
1. Агаджанян Н. А. Основы физиологии человека / Н. А. Агаджанян, И. Г. Власова, Н. В. Ермакова,
B. И. Торшин. - М. : РУДН, 2000. - 408 с.
2. Бакрадзе Б. Я. Сезонные биоритмы тиреотропина и тироксина у детей разных групп здоровья / Б. Я. Бакрадзе // Вопросы охраны материнства и детства. — 1986. — № 10. — С. 38—42.
3. 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.
4. Дедов И. И. Эндокринология / И. И. Дедов, Г. А. Мельниченко, В. В. Фадеев. — М. : Медицина, 2000. — 632 с.
5. Доршакова Н. В. Особенности патологии у жителей Севера / Н. В. Доршакова, Т. А. Карапетян // Экология человека. — 2004. — № 6. — С. 53—59.
6. Кубасов Р. В. Адаптивные реакции эндокринной системы у детей, проживающих в условиях контрастной фотопериодики / Р. В. Кубасов, Д. Б. Демин, А. В. Ткачев // Физиология человека. — 2006. — № 4. — С. 89—96.
7. Одинцов С. В. Функциональное состояние щитовидной железы у школьников г. Новосибирска в зависимости от сезонов года / С. В. Одинцов, В. Г. Селятицкая, Н. А. Пальчикова и др. // II съезд физиологов Сибири и Дальнего Востока : тезисы научных сообщений. — Новосибирск, 1995. — С. 326.
8. Патофизиология эндокринной системы / под ред. Ю. В. Наточина. — СПб. : Невский диалект, 2001. — 336 с.
9. Раменская Е. Б. Влияние сезонности и фотопериодизма на гормональный профиль жителей Севера / Е. Б. Раменская // Адаптация и резистентность организма на Севере (физиолого-биохимические механизмы). — Сыктывкар : Коми НЦ УрО РАН, 1992. — 156 с.
10. Суханов С. Г. Биокибернетическая оценка сезонных изменений эндокринных функций у жителей Европейского Севера / С. Г. Суханов, А. В. Ткачев, А. Н. Золкина // Острый и хронический стресс. — Сыктывкар, 1986. —
C. 64—68.
11. Ткачев А. В. Сезонная динамика эндокринных функций у человека на Севере / А. В. Ткачев, А. Н. Золкина // Физиология человека. — 1987. — Т. 13, № 2. — С. 328—330.
12. Ткачев А. В. Эндокринная система и обмен веществ у человека на Севере / А. В. Ткачев, Е. Р. Бойко, З. Д. Губкина и др.— Сыктывкар : Коми НЦ УрО РАН, 1992. — 156 с.
13. 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
