Влияние широтного фактора на организм подростков-северян

Географические и климатические особенности проживания на разных широтах Земли оказывают влияние на физиологические функции человека, и это влияние обнаруживается как при трансширотных перемещениях людей [1], так и при сопоставлении физиологического статуса у постоянных жителей разных широт [2-8].

При районировании территорий Севера по зонам дискомфортности в первую очередь возникает вопрос о влиянии широтного фактора на организм человека. Широтный фактор определяется углом падения солнечных лучей и включает целый ряд составляющих параметров среды: световой климат (инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая радиация), температуру почвы и окружающих предметов, температуру и влажность воздуха, ветер, барометрическое давление, осадки, растительный покров и пр. Ранее одним из нас [5], изучение влияния широтного фактора на организм человека как одного из актуальных направлений экологической физиологии человека, было предложено называть «широтная физиология».

В ряде работ показано, что продвижение к полюсу места проживания в пределах Севера всего на 5° значимо и негативно влияет на физиологический статус как взрослых жителей [9], так и детей школьного возраста [3, 10].

Для теории и практики интересно найти ту минимальную разницу по широте, которая имеет физиологическую значимость. Этот вопрос в свое время затрагивал Г.М.Данишевский [11], когда у чувствительных людей (метеоролабильные кардиопаты) он обнаружил сосудистые реакции при перемещении к Северу всего на 2° широты.

Цель настоящей работы – сравнить некоторые физиологические и биохимические показатели у подростков-северян, проживающих на территории Республики Коми и разделенных всего двумя градусами географической широты, для выявления возможного влияния широтного фактора на растущий организм.

Методика

Обследованы подростки 14-15 лет – учащиеся двух средних школ: одна из них находится в Сыктывкаре (62º с.ш.), вторая – в Сосногорске (64º с.ш.). Под наблюдение взяты 28 мальчиков и 28 девочек (г.Сыктывкар) и 24 мальчика и 29 девочек (г.Сос-ногорск). По данным планового медосмотра большинство из подростков отнесено ко 2-й группе здоровья [12], имеющей некоторые функциональные и морфофункциональные отклонения. Их половое развитие соответствовало возрастным нормам.

Все подростки были ознакомлены с целью и методами данного обследования и ими дано добровольное согласие на участие; получено также согласие родителей и преподавателей. Исследова- ние одобрено локальным комитетом по биоэтике при Институте физиологии Коми НЦ УрО РАН. Перед обследованием все участники получали доступную и подробную инструкцию. Методом опроса у подростков выявляли состав семьи, семейный климат, посещаемость спортивных секций, наличие вредных привычек, особенности их питания. В социальном плане и по наличию вредных привычек и характеру питания заметной разницы между группами сравнения не отмечено.

Обследование включало анкетирование, измерение антропометрических и физиометрических показателей, физиологические исследования в покое и при физической нагрузке, психофизиологическое тестирование и изучение психоэмоционального статуса, забор крови для биохимических исследований.

Частоту сердечных сокращений (ЧСС) измеряли пальпаторно, систолическое (СД) и диастолическое артериальное давление (ДД) определяли по методу Короткова. Вычисляли пульсовое давление (ПД), среднединамическое давление (СДД) по Хике-му, «двойное произведение» (ДП) по Робинсону, вегетативный индекс Кердо (ВИК). В качестве физической нагрузки предъявлялась проба Мартине-Кушелевского (20 приседаний за 30 с) с измерением ЧСС до нагрузки и сразу после ее окончания до полного восстановления ЧСС.

Проводили пробы с задержкой дыхания (Штанге и Генчи). Жизненную емкость легких (ЖЕЛ) определяли сухим спирометром и рассчитывали «жизненный индекс» (ЖИ), т.е. отношение ЖЕЛ к массе тела. Вычисляли кардиореспираторный индекс Скибинской (КРИС) и уровень физического здоровья по Апанасенко.

Функции внешнего дыхания в покое сидя и при форсированном режиме дыхания определяли на микропроцессорном спирографе СПМ-01-«Р-Д»: частоту дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), минутный объем дыхания (МОД), резервный объем вдоха (РОвд), резервный объем выдоха (РОвыд), дополнительный объем (ДопО), сумму РОвд и ДопО (Евд), форсированную ЖЕЛ (ФЖЕЛ).

Функцию внимания определяли с помощью пробы Шульте-Платонова, регистрируя время поиска черных и красных цифр в заданном порядке, субъективные состояния «самочувствие», «активность», «настроение» – по известному методу САН.

Регистрировали время простой зрительномоторной реакции (ЗМР), критическую частоту слияния световых мельканий (КЧСМ) с помощью компьютерного комплекса для психофизиологического тестирования «НС-ПсихоТест» (фирма «НейроСофт», г.Иваново).

Забор крови осуществляли утром натощак из локтевой вены в вакутайнеры «Bekton Dickinson BP» (Англия). Сразу после забора крови готовился гемолизат (в разведении 1:10) для определения показателей обеспеченности витамином В1 и витамином В2 [13]. После этого кровь центрифугировали, а сыворотку отбирали и замораживали. Образцы гемолизатов и сывороток крови хранили до выполнения анализа в замороженном состоянии при -20º С.

Обеспеченность организма витамином В1 оценивали по так называемому ТДФ-эффекту, т.е. по приросту активности эритроцитарного тиамин-зави-симого фермента транскетолазы до и после добавления тиаминдифосфата [14]. Об обеспеченности организма витамином В2 судили по ФАД-эффекту, т.е. по приросту активности эритроцитарного рибофлавин-зависимого фермента глутатионредуктазы [14, 15]. Концентрацию в сыворотке крови витаминов А и Е определяли флуориметрически [15], а концентрацию селена – флуориметрическим методом с 2,3-диаминонафталином [16].

Материалы обработаны статистически с применением программы «Биостат» (версия 4.03). Сравнение выборок проведено с использованием критерия t Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

Экологическая обстановка в местах проживания сравниваемых групп подростков существенно не различалась. По материалам Государственных докладов о состоянии окружающей природной среды Республики Коми за последние пять лет (2003-2007 гг.) в атмосферном воздухе городов Сыктывкара и Сосногорска среднегодовые концентрации таких общераспространенных загрязнителей, как диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота не превышали ПДК. По другим примесям, характерным для Сыктывкара (сероводород и метилмеркаптан) и Сосногорска (сажа и углеводороды), также не наблюдалось отклонений от существующих нормативов.

Разница между городами по широте размещения невелика (всего 2°), но и она сказывается на основных климатических параметрах. Во время проведения обследования подростков в октябре наружная температура воздуха составляла в Сыктывкаре около 5ºС, а в Сосногорске около 0ºС. По данным СНиП 2301-99 «Строительная климатология», средняя температура воздуха в октябре в Сыктывкаре 0,3ºС, в Ухте (рядом с Сосногорском) -1,4ºС. Соответственно в названных пунктах среднегодовая температура воздуха – 0,4º и -1,1ºС, длительность периодов с температурой ниже 0ºС – 177 и 189 суток, длительность периодов с температурой ниже 10ºС – 265 и 280 суток. По методике, предложенной А.Л.Максимовым [4], интегральная оценка дискомфортности проживания в Сыктывкаре составляет 61 балл, а в Сосногорске 51,7 (чем меньше баллов, тем суровее климат).

Сравнение показателей (мальчиков) на разных широтах (см. таблицу) свидетельствует, что у проживающих всего на 2° ближе к полюсу, статистически значимо ниже температура тела, ЧСС в покое и при нагрузке, время задержки дыхания на вдохе, ЖЕЛ, ЖИ, содержание селена в крови. В то же время у них статистически значимо выше ПД и показатели САН. Можно также отметить и тенденцию к повышению у них СД, времени восстановления ЧСС после нагрузки и к снижению ДП, ВИК, показателей РОвд, Евд и теста Шульте-Платонова.

Сравнение показателей (М±m) у подростков-северян, проживающих на разных широтах

Показатели	Мальчики		Девочки
	62º с.ш. (n=28)      1	64º с.ш. (n=24)	62º с.ш. (n=28)      1	64º с.ш. (n=29)
Рост, см	167.2 ± 1.7#	168.9 ± 1.8	162.3 ± 1.1	163.1 ± 1.4
Масса тела, кг	56.3 ± 2.5	56.1 ± 2.0	56.2 ± 2.2	52.8 ± 1.5
ИМТ, кг/м²	20.2 ± 0.72#	19.5 ± 0.44	22.6 ± 0.99	19.8 ± 0.48*
Сила кисти, кг	34.9 ± 1.7#	35.3 ± 1.8#	24.2 ± 1.1	23.5 ± 0.8
ДИ, %	61 ± 2.2#	62 ± 1.5#	43 ± 1.9	44 ± 1.3
Температура тела, ºС	36.5 ± 0.08	36.3 ± 0.03*	36.6 ± 0.09	36.2 ± 0.03*
СД, мм рт.ст.	116 ± 2.4	123 ± 3.3#	114 ± 2.1	110 ± 2.1
ДД, мм рт.ст.	69 ± 1.5	67 ± 1.8#	71 ± 1.3	63 ±1.4*
ПД, мм рт.ст.	47 ± 1.9	56 ± 2.9*#	43 ± 1.6	47 ± 2.0
СДД, мм рт.ст.	84 ± 1.6	85 ± 1.9#	85 ± 1.4	79 ± 1.4*
ЧСС, уд/мин:
покой	83 ± 2.5	74 ± 1.9*	77 ± 1.8	78 ± 2.1
нагрузка	129 ± 2.8	119 ± 1.7*	133 ± 2.2	121 ± 2.3*
прирост	46 ±1.9#	45 ± 1.5	56 ± 2.4	43 ± 2.0*
Время восстановления
ЧСС, с	117 ± 5.2	130 ± 7.5#	118 ± 5.1	158 ± 5.2*
ДП	97 ± 4.1	91 ± 3.9	88 ± 2.7	87 ± 3.3
ВИК, %	16.0 ± 2.7#	9.5 ± 2.7#	6.1 ± 2.8	18.7 ± 2.4*
Проба Штанге, с	51 ± 2.9	54 ± 3.2#	45 ± 2.0	35 ± 1.7*
Проба Генчи, с	30 ± 2.9	17 ± 0.9*	30 ± 1.5	18 ± 1.0*
ЖЕЛ, мл	4518 ± 191#	3870 ± 178*#	3410 ± 137	3024 ± 72*
ЖИ, мл/кг	80 ± 1.6#	68 ±1.9*#	60 ± 2.4	58 ± 1.2
КРИС, усл.ед.	29 ± 2.3#	29 ± 2.6#	20 ± 1.4	14 ± 0.9*
УФЗ, баллы	8.4 ± 0.8	7.7 ± 0.8	7.9 ± 0.8	6.8 ± 0.6
ЧД, цикл/мин	17 ± 0.7	16 ± 0.8	17 ± 0.9	16 ± 1.4
ДО, л	0.83 ± 0.05	0.76 ± 0.08	0.74 ± 0.09	0.73 ± 0.11
МОД, л	13.1 ± 0.72	13.0 ± 0.91	11.4 ± 0.75	11.9 ± 1.42
РОвд, л	1.20 ± 0.19	0.90 ± 0.16#	0.98 ± 0.13	0.56 ± 0.19
РОвыд, л	3.02 ± 0.19#	3.24 ± 0.32#	2.34 ± 0.16	2.42 ± 0.33
ДопО, л	0.36 ± 0.07	0.40 ± 0.07	0.34 ± 0.05	0.33 ± 0.08
Евд, л	1.62 ± 0.23	1.26 ± 0.19	1.25 ± 0.16	0.90 ± 0.22
ФЖЕЛ, л/с	3.94 ± 0.19#	3.83 ± 0.36#	3.23 ± 0.14	2.81 ± 0.20
Тест Шульте-Платонова, с	127 ± 5.4	113 ± 6.1	117 ± 5.7	100 ± 3.9*
Время ЗМР, мс	216 ± 2.4	210 ± 3.8	222 ± 4.0	209 ± 3.4*
КЧСМ, Гц	39.0 ± 0.5	40.2 ± 0.3	37.6 ± 0.5	39.5 ± 0.3*
Тест САН, баллы:
самочувствие	52.3 ± 1.7	57.1 ± 1.3*	53.3 ± 1.4	54.8 ± 1.3
активность	45.1 ± 1.7	52.1 ± 1.4*	49.5 ± 1.8	49.4 ± 1.5
настроение	54.7 ± 1.7	60.3 ± 1.4*	56.6 ± 2.1	55.9 ± 2.6
Вит.В1, усл.ед.	1.19 ± 0.05#	1.08 ± 0.03	1.05 ± 0.01	1.12 ± 0.04
Вит. В2, усл.ед.	1.07 ± 0.02	1.14 ± 0.06	1.01 ± 0.01	1.28 ± 0.05*
Вит. А, мкг/дл	40.6 ± 3.4	49.5 ± 5.4	47.6 ± 4.2	58.6 ± 6.2
Вит. Е, мкг/мл	9.7 ± 0.54	9.0 ± 0.55#	10.9 ± 0.73	12.1 ± 1.00
Селен, мкг/л	84 ± 3.2#	75 ± 1.2*	71 ± 2.3	75 ± 1.1

Примечание. Различия статистически значимы (р< 0.05): * – между группами сравнения; # – по полу в каждой группе.

У девочек на более высокой широте проживания по сравнению с их сверстницами на широте 62° статистически значимо дольше время восстановления ЧСС после нагрузки, ВИК. У них же статистически значимо ниже ИМТ, температура тела, ДД, СДД, ЧСС при нагрузке, прирост ЧСС при нагрузке, время задержки дыхания на вдохе и выдохе, ЖЕЛ, КРИС, время ЗМР и время выполнения пробы на внимание. Надо отметить и тенденцию у них к снижению массы тела, РОвд, Евд, ФЖЕЛ, РОвыд и увеличению КЧСМ и содержания витамина А в крови.

Следует подчеркнуть, что аналогичные широтные различия были обнаружены при сопоставлении жителей, проживающих на широтах с разницей в 5° [3, 9, 10], причем по большему числу показателей.

По другим показателям между разными широтными группами не было значимых или заметных различий.

Статистически значимые половые различия между подростками на широте 62° отмечаются по росту, ИМТ, силе, ДИ, рабочему приросту ЧСС, ВИК, ЖЕЛ, ЖИ, КРИС, ДопО, ФЖЕЛ, содержанию в крови витамина В1 и селена. Различия по полу обнаруживаются и на широте 64° по таким показателям, как сила, ДИ, СД, ДД, ПД, СДД, время восстановления ЧСС, ВИК, время задержки дыхания на вдохе, ЖЕЛ, ЖИ, КРИС, РОвд, РОвыд, ФЖЕЛ, содержание витамина Е в крови.

Заключение

Широтный фактор в пределах Севера проявляет свое физиологическое влияние на организм человека уже при разнице места проживания всего на 2°. У подростков, проживающих на широте 64°, по сравнению с подростками-жителями 62° с.ш., снижены центральная температура тела (установочная точка терморегуляции находится на более низком уровне), ЖЕЛ и время задержки дыхания (снижение переносимости гипоксемии), реакция ЧСС на кратковременную физическую нагрузку и замедлено восстановление ЧСС (ухудшение регуляции гемодинамики при нагрузочном тестировании). У подростков-северян по целому ряду показателей выявляются половые различия.