Нейромышечный статус человека в течение годового температурного цикла

Температура – один из неустранимых, циклических факторов окружающей среды, который действует на человека в течение всей жизни. Помимо краткосрочных эффектов, температура оказывает и долгосрочное действие, позволяющее человеку акклиматизироваться к экстремальным условиям высоких широт, что может быть полезно в силу своей синергичности с действием гравитации при адаптации к невесомости [8]. Обычно человек получает холодовую нагрузку зимой, однако в современном мире можно испытать действие холода и летом – на горнолыжных курортах, при работе в морозильных камерах, а также при занятиях зимним плаванием (холодовая иммерсия). В последнее время получает популярность такой вид лечебно-косметических процедур, как криосауна.

Как длительное, так и острое охлаждение вызывает снижение частоты импульсации двигательных единиц (ДЕ) животных [6], [7] и человека при холодовой экспозиции или иммерсии [3], [4]. Биоритмы (сезон года, менструальный цикл) также влияют на нейромышечный статус женщины, причем наибольшее влияние оказывает сочетание весеннего сезона и фазы овуляции [2]. Согласно нашей рабочей гипотезе, параметры нейромышечного статуса человека следуют за среднемесячной температурой воздуха с небольшим отставанием. Поэтому нам представлялось интересным исследовать нейромышечный статус в группе здоровых испытуемых в течение сезонов года при помощи электромиографии (ЭМГ).

МАТЕРИАЛЫ

В течение 2008–2010 годов регистрировали ДЕ и интерференционную ЭМГ (иЭМГ) у здоровых испытуемых (n = 5) ежемесячно с 15 февраля 2008 года по 15 января 2010 года. Поверхностную иЭМГ регистрировали с двуглавой мышцей плеча ( m. biceps br .) справа, в позе стоя, плечо было опущено вниз, предплечье удерживалось в положении локтевого сгибания. Запись иЭМГ делали при нагрузках 0 (без нагрузки), 1, 2 и 3 кг. Использовали электромиограф Нейро-МВП-8 (ООО «Нейрософт», г. Иваново, Россия). Отводящие электроды укрепляли лейкопластырем над основной массой мышцы на предварительно обработанной коже [2]. Полоса пропускания ЭМГ – 20–500 Гц, длительность записи – 1 с при значении импеданса не более 10 МОм.

Анализировали среднюю амплитуду (мкВ), среднюю частоту (MNF, Гц), фрактальную ( D ) и корреляционную ( D_c ) размерность и корреляционную энтропию ( К₂ ) (программа FRACTAN 4.4 ©). Также рассчитывали средний межимпульсный интервал (МИИ, мс) и на его базе – среднюю частоту импульсации ( f , имп/с) ДЕ трехглавой мышцы плеча ( m. triceps br. ) при слабом ее сокращении.

Статистический анализ

Статистический анализ проводился при помощи программы SPSS 14.0™. Корреляционный анализ – с помощью непараметрического критерия Пирсона, распределение выборок на нормальность проверяли по методу Шапиро – Уилка. Межгрупповое сравнение сред- них значений производили с помощью непараметрических критериев Крускалл – Уоллиса и Манна – Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что наибольшие значения МИИ наблюдались в ноябре – январе (120–130 мс), затем отмечалось уменьшение МИИ до 105 мс в апреле, июле и октябре и до 115 мс в мае – июне, августе – сентябре и феврале (рис. 1). Таким образом, наблюдалось три месяца с минимальными (апрель, июль, октябрь) и три месяца с максимальными (ноябрь, декабрь, январь) значениями МИИ. Средние значения МИИ в течение года различались статистически значимо (p = 0,0083). Группирование данных по сезонам показало, что в зимний сезон (климатическая зима, которая в г. Петрозаводске включает 4,5 месяца – ноябрь, три календарных зимних месяца и половину марта) частота импульсации ДЕ составила ~8,2 имп/с, а для всех не зимних месяцев ~9,2 имп/с. Различие не было статистически значимым, хотя и было приближено к границе значимых различий (p = 0,083). Таким образом, магнитуда колебаний средней частоты импуль-сации ДЕ в течение года не превышала 1 имп/с (~15 мс для МИИ), что составляет всего ≈10–

12 % от среднего значения (рис. 2). Параметры иЭМГ не изменялись в течение года (см. табл.). Однако при группировании данных по сезонам выявлено статистически значимое уменьшение D_c (p = 0,027) и K₂ (p = 0,025) в весенний сезон (рис. 3).

В соответствии с нашей рабочей гипотезой, частота импульсации ДЕ должна быть наименьшей в зимний (холодный) период, а затем должна увеличиваться весной и осенью (прохладный период), достигая наибольших значений летом (теплый период). Установлено, что в зимний (холодный) сезон действительно происходит небольшое (на ~10 %) снижение частоты импуль-сации ДЕ, однако для летнего сезона увеличение частоты импульсации ДЕ оказалось нехарактерно. Возможно, охлаждение зимой является более сильным стресс-фактором. Также двигательная система эволюционно задействована именно для защиты от холода, а не от перегревания. С точки зрения терморегуляции снижение частоты им-пульсации ДЕ выгодно [1].

Известно, что у мелких животных структурные следы холодовой адаптации не исчезают при 20 °C, однако при 30 °C и особенно при 35 °C следы адаптации к холоду быстро стираются [5]. Лето 2008 и 2009 годов в Республике

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рис. 1. Годовые колебания среднего межимпульсного интервала двигательных единиц человека во время двух лет наблюдения (2008–2010 годы). 1 – январь, 12 – декабрь.

ного интервала (ISI) «не моржей» в течение года (2008–

2010 годы). 1 – зима, 2 – весна, 3 – лето, 4 – осень

Электромиографические показатели в течение года по месяцам (2008– 2010 годы) в контрольной группе

Месяц	MNF (Гц)	D	D c	K 2
Январь	нет дан-	1,749 ±	4,162 ±	5,569 ±
	ных	0,031	0,292	3,142
Февраль	131,42 ±	1,771 ±	4,438 ±	4,295 ±
	16,35	0,033	0,408	0,850
Март	121,67 ±	1,748 ±	4,419 ±	4,394 ±
	13,54	0,045	0,291	1,530
Апрель	118,15 ±	1,749 ±	4,157 ±	3,991 ±
	8,37	0,035	0,241*	0,272
Май	133,5 ±	1,743 ±	4,247 ±	4,791 ±
	20,13	0,028	0,387	2,304
Июнь	121,0 ±	1,765 ±	4,253 ±	3,976 ±
	5,77	0,040	0,224	0,268
Июль	119,13 ±	1,759 ±	4,323 ±	5,902 ±
	7,18	0,057	0,363	3,018
Август	122,44 ±	1,745 ±	4,285 ±	5,089 ±
	12,83	0,050	0,421	2,383
Сентябрь	129,54 ±	1,779 ±	4,343 ±	5,714 ±
	22,57	0,032*	0,469	2,854
Октябрь	117,52 ±	1,755 ±	4,260 ±	5,626 ±
	14,98	0,058	0,354	2,556
Ноябрь	126,0 ±	1,761 ±	4,318 ±	4,297 ±
	8,21	0,031	0,345	1,922
Декабрь	121,67 ±	1,739 ±	4,335 ±	5,018 ±
	14,53	0,057	0,300	2,674
Все	123,33 ±	1,756 ±	4,335 ±	4,882 ±
месяцы	15,26	0,046	0,078	2,238
P	0,150	0,157	0,07	0,07

Примечание. В строке «январь – MNF» среднее отсутствует, так как было недостаточно данных (1 испытуемый).

Рис. 3. Корреляционная размерность иЭМГ человека в течение четырех сезонов года. P = 0,025, критерий Кру-скалл – Уоллиса, 1 – зима, 2 – весна, 3 – лето, 4 – осень

Карелия было прохладным (в среднем 17 °C в самый жаркий месяц), и, вероятно, следы адаптации к теплу просто не сформировались. Было бы интересно исследовать нейромышечный статус человека при более сильном и длительном согревании (температура воздуха > 30 °C).

Частота импульсации ДЕ у мелких лабораторных животных при адаптации к холоду снижается на 4–5 имп/с [6]. У «зимних» же голубей частота импульсации ДЕ на 1–2 имп/с меньше, чем у «летних» [7]. Таким образом, искусственная акклимация к холоду вызывала у животных изменение частоты импульсации ДЕ на 30 %, а природная адаптация к зимним условиям – всего на 10 %. В нашем исследовании разность частот импульсации ДЕ между зимним сезоном и другими сезонами составила 10 %, что, видимо, отражает именно природный характер адаптации. На широте г. Петрозаводска человек проводит всего 4 % времени на холоде, поэтому мы не смогли бы обнаружить бόльшие изменения. На диапазон реакции ДЕ на температуру среды мог повлиять и размер тела. У животных-гибернато-ров с массой < 5 кг во время зимней спячки температура тела снижается почти до 0 °C, тогда как у животных, сопоставимых по массе с человеком (медведь весом 60–100 кг), – всего на 6–7 °C [10].

Вторым интересным результатом можно считать снижение величины нелинейных параметров иЭМГ в весенний сезон. Это свидетельствует об упрощении временнόй структуры иЭМГ, что указывает на повышенную синхронизацию активности ДЕ [9], возможно, под действием гормонов, активирующихся весной (мелатонин, глюкокортикоиды), что было отмечено и ранее [2].

Таким образом, нейромышечный статус человека претерпевает весьма небольшие, но важные изменения в течение годового температурного цикла. В частности, зимой на 10 % снижается частота импульсации ДЕ, а весной наблюдается повышенная упорядоченность интерференционной ЭМГ, что свидетельствует об увеличенной синхронизации активности двигательных единиц.