Годовая динамика функциональных показателей у жителей Севера

Введение. Многими исследователями обнаружены сезонные колебания ряда функциональных показателей у различных групп людей в разных странах. На протяжении года выявлено укорочение времени зрительно-моторных реакций (ВЗМР) в августе-сентябре и удлинение в феврале-марте (Stcbcl, Sinz, 1970). У жителей Севера (65° с.ш.) такие реакции также были замедлены зимой (Солонин, 1995). У водителей локомотивов в конце лета и в начале осени уменьшается число ошибок, укорачивается реакция на свет и увеличивается критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ) по сравнению с другими периодами года (Биоритмы и труд, 1980). У буровиков на Севере, работающих на открытом воздухе, зимой по сравнению с летним периодом выше частота сердечных сокращений (ЧСС) в покое и при стандартной нагрузке, ниже работоспособность по тесту PWC170 (Солонин, 1990). В холодный период года у людей разного возраста выше систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований РАН № 44П.           - 27 - давление (Kristal-Boneh et al., 1995; Madsen, Nafstad, 2006), ЧСС (Izzo et al., 1990) и ниже температура тела и кожи (Inoue et al., 1992). У пожилых лиц разница в СД между временем бодрствования и сна была также больше в холодный период года (Hayashi et al., 2008). Повышение температуры среды в теплые сезоны года снижает СД в 25 популяциях в 16 странах (Barnett et al., 2007).

Kristal-Boneh et al. (2000) было показано, что вариабельность сердечного ритма (ВСР) зимой была ниже, чем летом. Сезонные вариации были найдены для таких показателей ВСР, как индекс ТР и LFP (Kristiansen et al., 2009). Высокая температура окружающей среды приводит к снижению ряда параметров ВСР (стандартное отклонение кардиоинтервалов, мощности низкочастотного и высокочастотного спектров) в теплый период года, но не в холодный (Ren et al., 2011).

Сезонные колебания показателей температуры тимпанической и на коже при стандартных микроклиматических условиях изучены N. Umemiya (2006). Выявлено, что кожная температура была в фазе с наружной температурой, а тимпаническая - наоборот, летом была ниже, чем зимой, как и скорость метаболизма.

Некоторые авторы сообщают об отсутствии сезонных колебаний отдельных морфофункциональных показателей у человека. Ежемесячное изучение КЧСМ не выявило четких сезонных изменений, связанных с солнечным освещением (Luczak, Sobolewski, 2005). При ежемесячных исследованиях большой норвежской популяции (6595 мужчин) не обнаружено заметных сезонных изменений роста, массы тела, СД и ДД (Thelle et al., 1976).

Цель настоящей работы - изучить годовую динамику некоторых функциональных показателей у группы мужчин - жителей Севера Европейской части России, занимающихся научной деятельностью в условиях лабораторий и мало связанных с внешней средой.

Методика. Под наблюдением находились 14 практически здоровых мужчин, родившихся и постоянно проживающих в Сыктывкаре (62°40'N, 50°5ГЕ). Это были научные работники из группы так называемых «сидячих профессий» с малой физической активностью и с ограниченным временем нахождения на открытом воздухе, некурящие лица. На работе и дома у них отсутствовали кондиционеры. Они дали информированное согласие на проведение обследований. Исследование одобрено локальным комитетом по биоэтике при Институте физиологии Коми научного центра УрО РАН. Некоторые характеристики волонтеров представлены в таблице 1.

Обследование выбранной группы людей проводилось в специальном лабораторном помещении 6 раз на протяжении года (в феврале, апреле, июне, августе, октябре и декабре). Обследование проводили в рабочие дни в средней декаде месяца в первую половину дня (в промежутке с 8:30 до 12:30 по местному времени).

В ходе обследования контролировали температуру наружного воздуха, атмосферное давление, относительную влажность воздуха и температуру воздуха в помещении по сухому термометру. Данные по световому климату в районе Сыктывкара (длительность светового дня и суммарная освещенность за месяц) взяты из книги «Климат Сыктывкара» (1986).

С помощью аппаратно-программного комплекса «Экосан-2007» («Медицинские компьютерные системы», г. Зеленоград) у волонтеров, находящихся в покое в положении сидя в течение 5 минут, регистрировали электрокардиограмму и получали показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР): квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов (RMSSD), число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов в массиве (pNN50), стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов (SDNN), суммарную мощность спектра ВСР (ТР), мощность спектра высоко- (НЕ), низко- (LF) и очень низкочастотного (VLF) компонентов ВСР, LF/HF, индекс

Вестник ТвГУ. Серия "Биология и экология". 2015. № 3 централизации (IC) и показатель активности регуляторных систем (ПАРС) (Баевский, Берсенева, 2008).

Волонтеры выполняли пробу Мартине (20 приседаний за 30 с) с записью СД, ДД, 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.

Холодовая проба заключалась в прижатии на 30 с на коже кисти (между большим и указательным пальцем) стеклянного цилиндра диаметром 33 мм, заполненного тающим льдом. До и после пробы в течение 7 мин измеряли температуру на коже.

Полученные материалы подвергнуты статистической обработке с помощью программ Biostat (версия 4.03) и Statistica (версия 6.0, StatSoft Inc, 2001) 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 применяли центильный метод с обозначением медианы (Me) и 25, и 75 процентилей. При анализе результатов статистически значимые различия между месяцами определяли по критерию Фридмана с последующим попарным межгрупповым сравнением величин критерием Ньюмена-Кейлса. Критическим уровнем статистической значимости принимали р<0,05. Для показателей с распределением, близким к нормальному, приведены средние арифметические величины со стандартным отклонением (М ± SD).

Результаты и обсуждение. Как следует из табл. 1, наряду с четкими сезонными волнообразными колебаниями таких астрономических параметров, как длительность светового дня, горизонтальная освещенность под открытым небом, наблюдаются также волнообразные колебания температуры наружного воздуха. Причем значения этих показателей в разные месяцы различаются статистически значимо. Температура воздуха в помещении колебалась в пределах 21-24°С, его относительная влажность - в пределах 40-50%, т.е. параметры микроклимата были близки к тем, которые наблюдались на рабочих местах. Уровень атмосферного давления в течение года изменялся незначительно.

Таблица 1

Показатели, характеризующие обследованную выборку

Показатели	Пределы колебаний	M±SD
Возраст, лет	24-42	30,43 ±5,15
Рост, см	164-189	176 ±6,71
Масса тела, кг	56-110	81,21 ± 14,33
Индекс массы тела, кг/м2	20,82-33,58	26,12 ±3,79
Доля жира в теле, %	10,6-32,11	19,7 ±5,47

Антропометрические, физиометрические и физиологические показатели у обследованных лиц имеют большие, подчас значительные межиндивидуальные различия. В настоящей работе анализируются усредненные значения по группе. По большинству показателей изменения от месяца к месяцу не имеют статистически значимых различий. Это касается таких показателей как масса тела, ИМТ, ЖЕЛ, ЖИ, время задержки дыхания на вдохе (проба Штанге), время простой и сложной ЗМР, КЧРМ и КЧСМ, ДД, ПД, ЧСС, ВИК, показателей вариабельности сердечного ритма: RMSSD, pNN50, SDNN, TP, НЕ, ЕЕ, VEE, LF/HF, IC и ПАРС (табл. 2).

Значение ИМТ было наиболее высокое в холодный период года (в феврале), а самое низкое - в теплый период года (август). Значение ЖИ было наивысшим в теплый период (июнь), наименьшим в холодный период (декабрь).

Лишь некоторые показатели в годовой динамике в отдельные месяцы претерпевают статистически значимые изменения. Сила мышц кисти была наименьшей в октябре и статистически значимо различалась с данными августа и декабря. Силовой индекс был самый низкий в феврале (холодный период года) и статистически значимо различался с данными августа (теплый период года), когда его значение было наиболее высоким. Значение СД было наивысшим в феврале (холодный период), наименьшим - в октябре. Статистически значимые различия по этому показателю отмечаются между такими месяцами, как февраль и июнь, февраль и октябрь, апрель и июнь.

Таблица 2

Годовая динамика параметров внешней среды и физиологических показателей у мужчин-жителей Севера (62° с.ш.): медиана, 25 и 75 процентили

Показатели	Февраль (1)	Апрель (2)	Июнь (3)	Август (4)	Октябрь (5)	Декабрь (6)	Значимые различия
Длительность светового дня на 21 число месяца, ч	9,6	15,3	19,6	15,4	9,5	5,3
Суммарная освещенность за месяц, клк*104	13	71	104	69	12	2
Температура наружного воздуха, °C	-12,5 (-14; -10)	7,5 (4; 14)	17,0 (15; 23)	16,0(14; 18)	1,5 (-1;4)	-12,5 (-17,5;-10,1)	1-2**,1- 3** ]-4** 2-6**, 3-5**, 3-6**, 4-5**, 4-6**
Атмосферное давление, мм рт.ст.	746 (741; 763)	749 (746; 750)	748 (745; 751)	749 (747; 754)	746 (744; 750)	748 (743; 755)
Масса тела, кг	79,5 (70; 86)	78,5 (71;85)	77,5 (69; 84)	78,5 (69; 83)	78,0 (70; 83)	79,5 (70; 82)
Индекс массы тела, кг/м2	25,2 (23,4; 28,4)	24,7 (23,7; 28,7)	24,2 (23,1; 28,3)	23,9 (23,1; 27,7)	24,1 (23,3; 28,1)	24,2 (23,4; 27,7)
Сила сжатия кисти, кг	47,0 (45;51)	48,5 (43;51)	47,0 (44; 51)	47,0 (45; 50)	44,0 (39; 50)	48,5 (45; 52)	5-6**, 4-5*
Силовой индекс, %	58,0 (55; 66)	60,5 (54; 68)	60,5 (56; 67)	64,0 (57; 68)	62,0 (56; 66)	64,0 (57; 67)	1-4*
ЖЕЛ, мл	4400 (4000; 4800)	4400 (4000; 4700)	4600 (4000; 4900)	4450 (4000; 5000)	4500 (4000; 4800)	4200 (3900; 4800)
Жизненный индекс, мл/кг	55,0 (50; 59)	54,6 (51; 59)	58,0 (52; 63)	57,5 (50; 61)	56,5 (49; 60)	54,5 (49; 59)
Проба Штанге, с	66,0 (58; 84)	73,5 (58;91)	68,5 (62; 92)	73,5 (55; 115)	71,5 (52; 87)	83 (64; 127)
Простая ЗМР, мс	201 (182; 227)	204 (183; 208)	198 (185; 217)	207 (188; 219)	209 (179; 237)	194 (186; 206)
Сложная ЗМР, мс	248 (226; 262)	250 (223; 285)	240 (233; 251)	227 (217; 262)	241 (209; 260)	236 (217; 273)
КЧРМ, Гц	42,5 (39,3; 44,7)	41,2 (38,5; 44,5)	40,6 (35,8; 43,6)	39,7 (36,6; 45,4)	41,8 (38,7; 44,2)	40,6 (38,4; 43,1)
КЧСМ, Гц	46,5 (43,5; 52,0)	46,3 (45,4; 50,3)	45,0 (43,1; 48,3)	46,7 (43,1; 50,8)	45,8 (43.9; 51,1)	47,3 (43,5; 51,7)
Температура тела, °C	35,25 (35,0; 34,6)	35,45 (35,3; 35,7)	35,75 (35,5; 36,0)	35,60 (35,3; 35,9)	35,35 (34,9; 35,7)	35,50 (35,4; 35,8)	1-3**, 1-6*

Показатели	Февраль (1)	Апрель (2)	Июнь (3)	Август (4)	Октябрь (5)	Декабрь (6)	Значимые различия
Температура кожи, °C	30,80 (30,1; 31,3)	32,70 (31.9; 33,2)	32,30 (31,7; 33,9)	31,85 (31,2; 32,1)	32,75 (31,2; 33,0)	31,05 (30,4; 31,9)	1-2**, 1-3**, 3-6*, 5-6*
Градиент температур, °C	4,45	2,75	3,45	3,75	2,60	4,45
Систолическое давление, мм рт.ст.	126,0 (Нб; 131)	122,5 (118; 128)	121,5 (112; 124)	123,0 (112; 126)	120,5 (Hi; 127)	121,5 (Иб; 135)	1-3**, 1-5*, 2-3*
Диастолическое давление, мм рт.ст.	73,0 (72; 84)	77,5 (72; 84)	73,0 (70; 81)	75,0 (74; 82)	77,0 (68; 80)	77,0 (73; 81)
Пульсовое давление, мм рт.ст.	44,5 (43; 54)	43,0 (42;53)	43,5 (41; 50)	43,0 (37; 53)	44,5 (40; 50)	48,0 (33; 56)
ЧСС, уд/мин	67,5 (59; 77)	68,5 (66; 73)	73,5 (68; 77)	72,5 (66; 78)	72,0 (64; 88)	74,5 (67; 79)
ВИК, %	-17,5 (-29; +12)	-10,0 (-23; +2)	-5,0 (-18; +7)	-5,0 (-25; +12)	-3,5 (-25; +13)	-7,0 (-14;+4)
RMSSD, мс	30,5 (27; 6)	29,0 (24; 38)	29,0 (25; 38)	31,0 (22; 42)	29,5 (19; 37)	28,0 (21; 35)
pNN50, %	9,45 (5,8; 15,1)	7,15 (4,8; 17,5)	8,10 (5,2; 18,2)	8,05 (4,3; 23,8)	8,35 (4,5; 17,7)	7,35 (4,2; 12,8)
SDNN, мс	41,4 (37; 52)	45,3 (39; 47)	41,2 (37; 48)	41,7 (37; 51)	41,5 (35; 58)	38,9 (35; 47)
ТР, мс2	1390 (1170; 1750)	1516 (1133; 1876)	1500 (1144; 2180)	1561 (1139; 2346)	1326 (902; 2660)	1419 (1032; 1954)
HF, %	38,85 (27,6; 41,8)	29,10 (25,1; 42,5)	28,10 (13,6; 38,4)	28,65 (19,2; 40,1)	32,25 (27,7; 37,5)	30,65 (19,4; 38,3)
LF, %	33,50 (30,7; 53,1)	41,50 (33,8; 53,5)	50,40 (37,4; 62,3)	45,75 (36,8; 66,1)	43,75 (37,1; 53,1)	39,45 (31,0; 55,5)
VLF, %	21,60 (13,0; 28,0)	19,80 (14,6; 34,3)	16,55 (11,8; 22,7)	16,25 (13,2; 33,2)	22,05 (17,7; 29,8)	23,45 (16,0; 38,1)
LF/HF	0,82 (0,74; 2,39)	1,42 (1,12; 1,80)	1,60 (1,10; 4,32)	1,32 (1,06; 3,22)	1,39 (1,10; 1,67)	1,36 (0.96; 3,81)
IC	1,58 (1,39; 2,62)	2,45 (1,35; 2,99)	2,56 (1,60; 6,35)	2,51 (1,50; 4,22)	2,10 (1,66; 2,62)	2,28 (1,61; 4,14)
ПАРС	2,5 (1,0; 4,0)	2,0 (2,0; 3,0)	4,0 (2,0; 5,0)	3,0 (2,0; 4,0)	2,5 (2,0; 5,0)	3,0 (2,0; 6,0)

Динамика показателей артериального давления при пробе с физической нагрузкой представлена на рис. 1. Реакция гемодинамики

-33- по месяцам однотипна; она характеризуется заметным повышением СД, ПД и ЧСС в ответ на нагрузку и восстановлением показателей на 3-й или 5-й мин. Восстановление СД замедлено в декабре, ЧСС - в октябре, ПД - в апреле, июне, октябре и декабре. Исходное СД было статистически значимо снижено в июне и сентябре по сравнению с февралем. Пульсовое давление на 3-й минуте восстановления было снижено в октябре по сравнению с апрелем и на 5-й мин в июне, августе и декабре по сравнению с апрелем. Диастолическое давление на 1 -й мин восстановления было значимо снижено в октябре по сравнению с апрелем и декабрем, на 3-й мин повышено в декабре по сравнению с февралем, на 5-й мин повышено в июне, августе и декабре по сравнению с апрелем, повышено в декабре по сравнению с июнем и октябрем. Значения ЧСС статистически не различались по месяцам.

Изменения показателей артериального давления при ортопробе представлены на рис. 2. Они характеризуются слабой реакцией СД, заметным повышением ДД и ЧСС и снижением ПД. При этом статистически значимо было повышено ДД в положении лежа и на 3-й мин стояния в декабре по сравнению с апрелем и на 1-й мин в декабре по сравнению с октябрем. Значения СД, ЧСС и ПД не имели статистически значимых различий по месяцам.

Температура тела была самой низкой в феврале (холодный период), а самой высокой в июне (теплый период). Разница между этими месяцами, а также между февралем и декабрем статистически значима. Температура кожи на кисти была самой низкой в феврале (холодный период), а самой высокой в октябре и апреле (переходные периоды года). Статистически значимые различия по этому показателю наблюдались между несколькими месяцами. Градиент температур (ядро-оболочка) был наиболее высок в феврале и декабре (холодный период), а наименьший в октябре (переходный период).

Динамика температуры кожи кисти при холодовой пробе представлена на рис. 3. При различных исходных уровнях температуры кожи локальное холодовое воздействие приводит к сближению значений показателя, однако согревание кожи после пробы в разные месяцы происходит с разной скоростью. Быстрее всего восстановление температуры идет в июне (на 5-й мин), далее идет октябрь (на б-й мин). В остальные месяцы восстановления не происходит и за 7 мин.

Рис. 1 . Годовая динамика показателей артериального давления при пробе Мартине. Здесь и в последующих рисунках цифрами обозначены статистически значимые различия между месяцами

Рис. 2. Годовая динамика показателей артериального давления при ортопробе

Август (4)                          Октябрь (5)                        Декабрь (6)

Рис. 3 . Годовая динамика температуры кожи кисти при холодовой пробе

В наших исследованиях жителей Севера по большинству показателей психомоторики, дыхания, кровообращения и вариабельности сердечного ритма не выявлено статистически значимых различий между сезонами. Значимые межсезонные колебания были обнаружены только по силе мышц, систолическому артериальному давлению, температуре тела и кожи, по некоторым показателям при пробах Мартине, ортопробе и холодовой пробе. Это может быть обусловлено тем, что наши волонтеры живут и работают в помещениях с комфортными условиями микроклимата и мало бывают на открытом воздухе.

Информация в литературе по сезонным изменениям различных функциональных показателей у разных авторов неоднозначна, поскольку исследования проведены в группах людей, подчас несопоставимых по возрасту, профессии и широте проживания. С одной стороны, рядом авторов получены ожидаемые сдвиги некоторых функций организма по сезонам года (Inoue et al., 1992; Kristal-Bohen et al., 1995; Madsen, Nafstad, 2006; Barnett et al., 2007; Hayashi et al., 2008). С другой стороны, ежемесячные исследования в большой норвежской популяции (6595 мужчин) не выявили заметных сезонных изменений роста, массы тела, СД и ДД (Thelle et al., 1976).

Лишь единичные лонгитудинальные исследования в сезонном аспекте проведены в контролируемых условиях эксперимента (Umemiya, 2006). По данным другого лонгитудинального лабораторного обследования молодых мужчин, ежедневно выполняющих работы на открытом воздухе (Сезонная динамика ..., 2009), ЖЕЛ был наиболее высок зимой и весной, самым низким - летом; ЧСС, СД и ДД были снижены летом по сравнению с другими сезонами. Время ЗМР было больше в переходные периоды (весной и осенью) и меньше зимой и летом. Индекс массы тела был снижен летом и повышен зимой. Таким образом, у людей, подвергающихся прямому воздействию внешней среды, сезонные колебания некоторых функциональных показателей более выражены, в отличие от наших волонтеров, которые мало контактируют с наружным воздухом.

Заключение. При анализе внутригодовой динамики функциональных показателей у наших волонтеров обращают на себя внимание два факта: первый - относительная стабильность большинства показателей в годовом цикле, второй - отсутствие видимой связи изменений показателей состояния организма с закономерными сезонными колебаниями климатических параметров. Это может объясняться двумя обстоятельствами. Во-первых, отобранная группа волонтеров большую часть времени на работе и в быту находится в условиях комфортного микроклимата и искусственного освещения, т.е. мало связана с прямым влиянием внешней среды, но подвержена гиподинамии и гипокинезии. Во-вторых, организм человека, как сложная живая система, обладает способностью демпфировать влияние внешних факторов и стремится поддерживать постоянство внутренней среды.

Благодарности. Авторы благодарят волонтеров - участников годового медико-физиологического обследования.