Дёмин Д.Б._Автореферат

На правах рукописи
ДЁМИН Денис Борисович
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СТАНОВЛЕНИЕ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ
У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ, ПРОЖИВАЮЩИХ НА РАЗЛИЧНЫХ
ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ШИРОТАХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ
03.00.13 – физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата биологических наук
Архангельск – 2006
Работа выполнена в отделе экологической эндокринологии
Института физиологии природных адаптаций
Уральского отделения Российской академии наук
Научные руководители:
заслуженный деятель науки РФ,
доктор медицинских наук, профессор
Анатолий Владимирович Ткачев
доктор биологических наук
Анатолий Леонидович Горбачев
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор
Валерий Валентинович Лупачев;
кандидат биологических наук, доцент
Людмила Петровна Лисишникова
Ведущая организация:
Институт физиологии Коми научного центра
Уральского отделения Российской академии
наук, г. Сыктывкар
Защита диссертации состоится « 26 » мая 2006 года в 14 30 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.191.01 при Поморском
государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 163045,
Архангельск, ул. Бадигина, д. 3.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Поморского
государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан « 25 » апреля 2006 г.
Учёный секретарь диссертационного совета,
кандидат медицинских наук, доцент
2
Н.В. Афанасенкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Актуальной задачей экологической
физиологии человека, является изучение баланса регуляторных систем
организма при адаптации к природным факторам Севера. Климатические
условия Севера, в зависимости от географической широты, колеблются от
крайне суровых (экстремальных) до относительно комфортных (Б.Б. Прохоров,
1999). Однако необходимо иметь в виду, что северные зоны даже с
относительно
комфортными
условиями
оказывают
на
человека
неблагоприятное влияние. Это связано с их более жёстким климатом, коротким
летом и более длинным осенне-зимним периодом, своеобразным световым
режимом, более выраженными колебаниями гелиофизических факторов (F.A.
Milan, 1980; А.П. Авцын и др., 1985; А.В. Ткачев, 1992-2004; С.И. Сороко, 2004;
П.И. Сидоров, 2004). Продолжительность светового дня на Севере, как один из
важнейших ритмообразующих факторов, значительно варьирует в течение года,
наиболее отчётливо это проявляется с увеличением географической широты (J.
Aschoff, 1981; А.В. Трешников, 1985).
Важнейшим регуляторным звеном, поддерживающим гомеостаз, является
эндокринная система (А.А. Войткевич, 1967; А.В. Поленов, 1968; D. Wilson,
1992; М.А. Жуковский, 1995; И.Г. Акмаев, 1996; И.И. Дедов, 2000; Н.Т.
Старкова, 2002). У человека, проживающего в северных широтах, колебания
функций желез внутренней секреции в контрастные периоды года достигают
значимых различий. В результате этого развивается целый комплекс
последствий: сокращение продолжительности репродуктивного периода,
истощение резервных возможностей, раннее старение организма (F. Halberg,
1983; З.Д. Губкина, 1997; Ю.П. Гичев, 2004).
Организм ребёнка, находящийся в процессе морфологического и
функционального развития, в большей степени подвержен влиянию
неблагоприятных климатических факторов Севера (Ж.Ж. Рапопорт, 1979). В
связи с этим, при оценке физиологических параметров детского организма
важна разработка их возрастных нормативов, которые позволят ответить на
вопрос, являются ли отклонения показателей функциональных систем
признаком патологии, или обусловлены адаптационными реакциями к
условиям Севера (Н.А. Агаджанян, 2000, 2003; Б.И. Ткаченко, 2001).
Представленные в научной литературе сообщения о влиянии
фотопериодики на функцию эндокринной системы, касаются главным образом
взрослого населения (С.Г. Суханов, 1986; Е.Б. Раменская, 1992; Е.Р. Бойко,
1995; I. Nishi, 1996; M. Maes, 1997; J. Leppalauoto, 1998; L.A. Palinkas, 2001).
Сведения о формировании гормонального профиля у детей и его
цирканнулярной динамике в основном представлены авторами, изучавшими их
на среднеширотных территориях (A. Bellasella, 1984; Т.С. Пронина, 1985; Б.Я.
Бакрадзе, 1986; Д.С. Микадзе, 1987, G.Y. Nicolau, 1987). Комплексных
исследований внутригодовой динамики эндокринных процессов у детей,
3
проводимых одновременно на разных географических широтах и
климатоэкологических условиях Европейского Севера России не выполнялось.
В связи с отсутствием полной информации о возрастном формировании
гормонального профиля и его фотозависимых изменениях, представилось
актуальным исследовать эндокринные показатели у детей и подростков,
проживающих на различных северных территориях.
Цель и задачи исследования. Цель работы – выявить возрастные
особенности гормонального профиля и межгормональных взаимоотношений у
детей и подростков, проживающих на Европейском Севере России, в
зависимости от продолжительности светового дня и географической широты
проживания.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Определить в зависимости от возраста уровни гормонов: тиреотропина,
пролактина, соматотропина, трийодтиронина, тироксина, инсулина и
кортизола в сыворотке крови у детей и подростков мужского пола 10 – 16
лет, проживающих в южном (Коношском – 61° с.ш.) и северном
(Приморском – 64°30' с.ш.) районах Архангельской области;
2. Провести сравнительный анализ динамики исследуемых гормонов на
различных этапах полового созревания у детей и подростков, проживающих
в южном и северном районах;
3. Установить особенности межгормональных взаимоотношений в процессе
полового развития детей и подростков, проживающих в южном и северном
районах;
4. Выявить отличительные особенности гормонального профиля в
типизированных группах обследуемых лиц южного и северного районов, в
зависимости от продолжительности светового дня.
Положения, выносимые на защиту.
1. Особенностью гормонального профиля у обследованных мальчиков и
юношей, проживающих в южных и северных районах Архангельской области,
является повышенный уровень тиреотропного гормона; на юге области выявлен
повышенный уровень инсулина, а на севере – повышенный уровень кортизола.
2. Интенсивное формирование межсистемных гормональных связей и
активизация гипофизарного звена эндокринной регуляции происходит у
подростков на юге области в конце полового созревания, при этом гормоны
щитовидной железы становятся одними из основных составляющих
корреляционных взаимосвязей; у детей на севере области эти изменения
характерны для начальных периодов полового созревания.
3. Продолжительность светового дня оказывает значимое влияние на
формирование гормонального профиля, годичную ритмику тропных гормонов
гипофиза, гормонов щитовидной и поджелудочной желез, коры надпочечников;
у детей, проживающих на севере области, это влияние более выражено в
начале, а на юге – в конце полового созревания.
4. Поддержание гомеостаза у детей в зимне-весенний период обеспечивается за
счёт активизации щитовидной железы, особенно на севере области, а также за
4
счёт усиления продукции инсулина, преимущественно на юге области. Кора
надпочечников проявляет максимальную активность в контрастные периоды
года (декабрь, июнь), наиболее значима её активность у лиц, проживающих на
севере региона.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное
изучение внутригодовой динамики эндокринных процессов одновременно в
двух группах детей, постоянно проживающих на различных географических
широтах и климатоэкологических условиях Европейского Севера России
(районах пограничных с приполярными и умеренными широтами).
Комплексность исследования заключается в одновременном определении
параметров физического развития, полового созревания, гормональных
показателей основных желез внутренней секреции (гипофиза, щитовидной и
поджелудочной желез, коры надпочечников).
Выявлены характерные региональные особенности содержания в
сыворотке крови гормонов тиреоидного звена регуляции (ТТГ, тироксин,
трийодтиронин); поджелудочной железы (инсулин); коры надпочечников
(кортизол). Для каждого исследуемого района определена доля лиц, имеющих
повышенные уровни тиреотропина, инсулина и кортизола на уровне детской
популяции, как в целом, так и в отдельных возрастных группах. Установлены
этапы становления различных звеньев эндокринной регуляции и характер их
взаимосвязей в зависимости от стадии полового созревания.
Установлена зависимость уровней гормонов и межгормональных
взаимоотношений от продолжительности светового дня. Отмечены периоды
года, при которых закономерно развивается состояние дефицита или избытка
гормонов и их роль в адаптационных возможностях растущего детского
организма.
Выявлены широтные отличия возрастной и внутригодовой динамики
уровней гормонов в сыворотке крови обследованных лиц.
Научно – практическая значимость исследования. Результаты
исследования выявили северную специфику функционального формирования
эндокринной системы, что даёт возможность заложить основы региональных
нормативов эндокринных показателей в различные возрастные периоды у
детей, проживающих на Европейском Севере России.
Полученные данные по региональным особенностям становления
эндокринного профиля у детей и подростков могут быть использованы в
качестве медико-биологических критериев районирования Архангельской
области по степени дискомфортности проживания. Работа позволяет повысить
эффективность и объективизацию оценки здоровья детского населения СевероЗападных территорий. Результаты исследования могут быть использованы в
курсе занятий по дисциплине “Экология” и “Экологическая физиология” в
образовательных учреждениях (школы и ВУЗы).
Результаты исследования используются в образовательной программе по
дисциплине “Экология” в МОУ пос. Климовская (акт внедрения от 15.03.06), в
Приморской муниципальной общеобразовательной средней школе (акт
5
внедрения от 6.03.06), при организации и проведении медико-биологического
обеспечения мероприятий по профилактике экологически-зависимых
состояний МК “БИОКОР” (акт внедрения от 27.03.06).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планом НИР
в рамках темы научных исследований Института физиологии природных
адаптаций Уральского отделения РАН “Физиологические границы
функциональной активности систем организма человека на Севере” (№
Госрегистрации 01.2.00101811); при поддержке грантов конкурса молодых
учёных и аспирантов УрО РАН 2004 года (грант “Эндокринно-метаболические
особенности у детей и подростков, проживающих на Европейском Севере
России”, постановление Президиума УрО РАН от 15.01.04 № 1–3); 2005 года
(грант “Влияние широтного эффекта и продолжительности светового дня на
функциональное состояние эндокринной системы у детей и подростков
Европейского Севера”, постановление Президиума УрО РАН от 13.01.05 № 1–
10); Архангельского областного конкурса молодых учёных 2003 года (грант №
59–03 “Соотношение биоритмики психовегетативных и эндокринных
показателей в динамике фотопериодов у детей и подростков Архангельской
области”) и 2004 года (грант № 13–04 “Гормональное обеспечение в процессе
полового созревания у детей и подростков, проживающих в Архангельской
области”).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на
научных семинарах Института физиологии природных адаптаций УрО РАН
(Архангельск, 2003-2006); заседаниях Учёного совета ИФПА УрО РАН
(Архангельск, 2003-2006); заседаниях Архангельского общества физиологов
им. И.П. Павлова (Архангельск, 2003-2006); Молодёжной международной
конференции “Экология – 2003” (Архангельск, 2003); Седьмой Всероссийской
медико-биологической конференции молодых исследователей (СанктПетербург, 2004); Втором Международном симпозиуме “Проблемы адаптации
человека к экологическим и социальным условиям Севера” (Сыктывкар, 2004);
Всероссийской конференции с международным участием “Биологические
аспекты экологии человека” (Архангельск, 2004); XIX съезде физиологического
общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); Всероссийской конференции
молодых исследователей “Физиология и медицина” (Санкт-Петербург, 2005);
Тринадцатом международном совещании и шестой школе по эволюционной
физиологии (Санкт-Петербург, 2006).
По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 7 работ в
рецензируемых научных журналах РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 117
страницах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав (обзор
литературы, материалы и методы исследования, результаты исследований,
обсуждение) и выводов. Работа иллюстрирована 18 таблицами и 6 рисунками.
Библиография включает 210 источников (130 – отечественных авторов и 80 –
зарубежных).
6
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В течение двух лет с 2002 по 2004 г.г., по четыре раза в год (сентябрь,
декабрь, март, июнь) были одновременно обследованы две группы практически
здоровых мальчиков и юношей в возрасте от 10 до 16 лет, родившихся и
постоянно
проживающих
в
разных
географических
широтах
и
климатоэкологических условиях Европейского Севера России. Первая группа
детей обследована в посёлке Климовская Коношского района Архангельской
области. Район исследования находится на 61° с.ш. и относится к буферной,
переходной зоне между территориями с дискомфортными условиями
проживания и умеренными широтами (Б.Б. Прохоров, 1996; Г.П. Лузин, 1997;
В.С.Селин, А.В.Ткачев, 2004). Вторая группа из посёлка Рикасиха Приморского
района Архангельской области, район пограничный с приполярными широтами
(64°30' с.ш.). Все дети и подростки на момент обследования не имели острых
заболеваний и хронической соматической патологии. Общий объём выборок
составил 246 человек для Коношского района и 198 – для Приморского района.
В течение года, в зависимости от продолжительности светового дня, на
территориях, где проводились исследования (Коношский / Приморский
районы), рассматривали следующие периоды: период минимальной
продолжительности светового дня (21-22 декабря) – 5 час 35 мин / 3 час 50 мин;
нарастание продолжительности светового дня (28-29 марта) – 13 час 30 мин / 12
час 15 мин; максимальная продолжительность светового дня (6-7 июня) – 18
час 40 мин / 21 час 35 мин; уменьшение продолжительности светового дня (2324 сентября) – 12 час 00 мин / 9 час 55 мин (А.В. Трешников, 1985). Зимой на
севере области световой день короче в среднем на 1 час 45 минут, а летом
длиннее на 2 часа 55 минут. Таким образом, контрастная фотопериодика в
Приморском районе более отчётлива, чем в Коношском.
Возрастное разделение детей осуществляли с учётом статистического
возраста обследуемых. Возрастные группы обследуемых Коношского района
составили: в 10-11 лет – 45 человек, в 12 лет – 38 человек, в 13 лет – 42
человека, в 14 лет – 46 человек, в 15 лет – 39 человек, в 16 лет – 36 человек. В
возрастных группах обследуемых Приморского района было: в 10-11 лет – 29
человек, в 12 лет – 26 человек, в 13 лет – 41 человек, в 14 лет – 38 человек, в 15
лет – 33 человека, в 16 лет – 31 человек.
Стадию полового развития (СПР) оценивали по балловой формуле
полового созревания путём определения степени выраженности вторичных
половых признаков и развития половых органов (J.M. Tanner, 1976).
У всех обследованных лиц проводили забор крови из локтевой вены в 830
– 900 часов утра, натощак. Сыворотку крови отделяли от сгустка
центрифугированием и, после расфасовки в микропробирки, хранили в
замороженном состоянии.
В сыворотке крови, методом радиоиммунометрического анализа
(программное обеспечение “Наркотест”, система “Гамма”), определяли уровни
гормонов гипофиза (тиреотропный гормон, соматотропный гормон, пролактин),
7
щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин), поджелудочной железы
(инсулин) и коры надпочечников (кортизол) коммерческими наборами
реактивов “Immunotech” Чехия и “Белорис” (Белоруссия).
Определено среднегодовое содержание уровней гормонов у обследуемых
лиц из обоих районов и межгормональные взаимоотношения в каждый
возрастной период и на каждой стадии полового созревания.
Были изучены взаимоотношения между содержанием исследуемых
гормонов в сыворотке крови в зависимости от продолжительности светового
дня (DLD). Для оценки сезонных изменений уровней гормонов выделили две
группы: начало полового созревания (I и II стадия полового развития) и
собственно пубертат (III и IV стадия полового развития).
Статистическую
обработку
полученных
результатов,
оценку
распределения показателей, определение границ нормального распределения
проводили с помощью компьютерного пакета прикладных программ Statistica
5.5 (“StatSoft”, США). Критический уровень значимости (p) при проверке
статистических гипотез принимали за 0,05. Оценка соотношений генеральных
дисперсий в большинстве сравниваемых выборок показала их неравенство.
Также, в большинстве выборок выявлено неправильное распределение. В связи
с этим статистическую обработку проводили непараметрическими методами.
Учитывали средние значения (М), стандартные отклонения (SD). Для проверки
статистической гипотезы разности средних значений использовали ANOVA
(Analysis of Variances), метод множественных сравнений, критерий наименьшей
значимости. Корреляционный анализ параметров проводили с учётом ранговой
корреляции по Spearmen’у.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Возрастные изменения гормональных показателей у мальчиков и юношей
Коношского и Приморского районов Архангельской области
При исследовании возрастной динамики гормональных показателей
центрального звена эндокринной регуляции (табл. 1), отмечены более высокие
их концентрации у мальчиков Коношского района. Уровень соматотропина у
детей на юге области минимален в возрасте 10-12 лет, резкое увеличение
концентрации в 3,5 раза происходит к 13 годам, в 14 лет вновь отмечено
значимое снижение гормона в 1,7 раза, далее с возрастом концентрация
гормона продолжала плавно снижаться. У мальчиков на севере области столь
резких колебаний уровня гормона роста с возрастом не выявлено. Наименьшие
концентрации СТГ выявлены в 10-11 лет, к 12 годам происходит отчётливое
увеличение уровня гормона до максимальных значений. С 14 лет изменения
концентрации соматотропина незначительны. В целом уровни СТГ выше на
юге области, с наиболее значимыми отличиями в 13 и 14 лет.
Наибольшие уровни пролактина у мальчиков Коношского района
отмечены в 10-11 и 16 лет. Снижаясь в 12-летнем возрасте, концентрация
гормона плавно повышается к 16 годам. Среди детей этого возраста до 20 %
8
имеют повышенный уровень пролактина, что вероятно связано с относительно
низкими концентрациями тиреоидных гормонов в этот период. Динамика
пролактина у мальчиков Приморского района незначительна. Минимальные
концентрации гормона отмечены в 10-11 лет, с повышением до максимума в
13-14 лет.
Таблица 1
Изменение уровней соматотропина и пролактина у мальчиков и юношей
Коношского (К) и Приморского (П) районов Архангельской области
в различные возрастные периоды
Соматотропин (нг/мл)
M±SD
К
П
К
П
1 10-11 45 29
2,67±1,16
0,49±0,13
2
12
38 26
2,60±1,04
3,24±1,33
3
13
42 41
8,54±3,21
1,97±0,60
4
14
46 38
5,58±2,46
2,83±1,03
5
15
39 33
4,90±1,82
2,63±0,91
6
16
36 31
4,33±1,53
2,53±0,85
1,2-3
Статистически
p
<0,001
3-5
значимое отличие
p =0,022 Все p>0,05
между сравниваемыми p 3 - 6 =0,015
группами (р)
p К 3 - П 3 <0,001; p К 4 - П 4 =0,01
№ Возраст
п/п (лет)
n
Пролактин (нг/мл)
M±SD
К
П
8,12±2,37
5,96±2,16
7,13±2,26
6,49±2,27
7,70±2,41
7,10±2,44
7,65±2,66
6,89±2,36
7,87±2,98
6,33±2,18
9,42±3,12
6,87±2,14
p 2 - 6 =0,023
p 3 - 6 =0,015
Все p>0,05
Все p>0,05
При изучении динамики уровней гипофизарных гормонов на разных
стадиях полового развития выявлено, что концентрация гормона роста у
мальчиков на юге области значимо повышается от I к III СПР (p<0,001), а к IV
стадии также значимо снижается (p<0,05). На севере региона уровень СТГ
повышается к началу полового созревания (II стадия), снижаясь к III СПР и
вновь значимо повышаясь (p<0,05) на завершающих этапах полового
созревания (IV стадия).
Уровень пролактина у мальчиков Коношского района снижается в начале
пубертата, а далее, по мере полового созревания вновь увеличивается (p<0,05).
В Приморском районе происходит плавное увеличение концентрации от I к IV
стадии полового развития.
Более высокие значения гипофизарных гормонов у детей на юге области
могут объясняться тем, что являясь гормонами одного семейства, они
проявляют в определённой степени общность динамики. Пониженные
концентрации тиреоидных гормонов ведут к активизации тиреотропинрилизинг-гормона и повышению, в свою очередь, гипофизарных гормонов.
Кроме того, одной из причин такого повышения может, вероятно, служить
недостаточно эффективная работа рецепторного аппарата к гормонам в тканяхмишенях.
9
В системе тиреоидного звена эндокринной регуляции выявлены
характерные возрастные изменения содержания гормонов, и их широтные
отличия (табл. 2). Система тиреостата также работает по принципу закона
“обратной связи”, в связи с этим уровень тиреотропина в крови достаточно
точно отражает функциональное состояние щитовидной железы. Повышение в
крови уровня ТТГ свидетельствует о снижении функциональной активности
щитовидной железы (Э.П. Касаткина, 1995; И.И. Дедов, 2001). В обоих районах
наименьшая концентрация тиреотропного гормона определяется в 10-11 и 15-16
лет, а наибольшая – в 13-14 лет.
Таблица 2
Изменение уровней тиреотропина и гормонов щитовидной железы у мальчиков
и юношей Коношского (К) и Приморского (П) районов Архангельской области
в различные возрастные периоды
Воз№
раст
п/п
(лет)
ТТГ (мЕд/л)
n
К
1 10-11 45
2
12 38
3
13 42
4
14 46
5
15 39
6
16 36
M±SD
П
29
26
41
38
33
31
К
2,04±0,6
2,06±0,7
2,14±0,7
2,23±0,9
1,70±0,6
1,93±0,7
П
1,73±0,6
2,00±0,7
2,06±0,8
2,07±0,7
1,93±0,6
1,92±0,6
Статистически
Все
Все
значимое
p>0,05 p>0,05
отличие между
сравниваемыми
группами (р)
p К 1 - П 1 =0,05
Трийодтиронин
(нмоль/л)
M±SD
К
П
1,75±0,3 1,98±0,3
1,71±0,3 1,86±0,3
1,81±0,4 1,75±0,3
1,76±0,3 1,73±0,3
1,72±0,3 1,63±0,2
1,69±0,3 1,56±0,3
Тироксин (нмоль/л)
M±SD
К
П
101,96±17,5 106,02±19,5
98,30±13,52 98,04±17,49
95,16±13,14 92,62±12,55
88,47±12,23 101,14±17,7
90,03±14,74 90,35±13,79
87,01±13,77 98,25±16,78
p1-4,5,6<
<0,001
p3-6= p1,2-5,6= 2-4,5
p
=0,02 p 3 - 4 =0,04
=0,02
=0,05
p 2 , 3 - 6 =0,003
p 3 - 4 , 5 =0,03
p К 4 - П 4 =0,01
p К 2 - П 2 =0,05
p К 6 - П 6 =0,01
p К 6 - П 6 =0,015
Максимальная концентрация тироксина в обоих районах определяется в
10-11 лет с последующим снижением до минимального среднего уровня в 16
лет на юге области, а на севере отмечены значимые повышения гормона в 14 и
16 лет. Значимых возрастных изменений трийодтиронина у обследованных
мальчиков Коношского района не наблюдалось, однако отмечена тенденция к
снижению такового с возрастом. В Приморском районе возрастное снижение
трийодтиронина более отчётливо.
На основании повышенного (выше оптимального уровня) содержания в
сыворотке крови тиреотропного гормона (более 2,0 мЕд/л, согласно
рекомендациям Национальной академии клинической биохимии США,
согласованных со всеми тиреоидологическими ассоциациями мира. Z. Baloch,
10
2003; J.G. Hollowell, N.W. Staehling, 2003) у 35 % от всех обследованных детей
Коношского района, можно предположить наличие гипотиреоидного
состояния. При этом среднее содержание в сыворотке крови тироксина и
трийодтиронина хоть и находится в пределах возрастной нормы, но значения
их располагаются ближе к нижней границе нормальных пределов содержания
этих гормонов. Наличие гипотиреоидного состояния на юге области
подтверждено исследованиями йодной обеспеченности населения данного
региона (И.И. Дедов, 2001; Е.Н. Сибилева, 2006; Е.Д. Кубасова и др., 2006).
Согласно этим исследованиям, у 72,5 % детей проживающих в Коношском
районе, уровень йода в моче оказался ниже оптимального (медиана йодурии
составила 67,2 мкг/л при нижней границе нормы 100 мкг/л).
В то же время, если обратить внимание на динамику гормонов в
Приморском районе – вероятность гипотиреоидного состояния отсутствует
лишь в препубертатном возрасте. С наступлением пубертатного периода и при
его течении значения ТТГ повышены, а тиреоидных гормонов снижены. В
общей выборке у 32 % обследованных детей данного района выявлено
повышение тиреотропина. Природа этого явления, не в йодном дефиците,
который в Приморском районе отсутствует (Е.Д. Кубасова и др., 2006), а
вероятно в усиленном расходовании тиреоидных гормонов на процессы роста и
развития организма, а также ингибирующем действии повышающегося в этот
период кортизола.
Изучение динамики уровней гормонов гипофизарно-тиреоидной системы
у детей в процессе полового созревания не выявило значимых изменений
тиреотропного гормона. Обозначается чёткое снижение концентрации
тироксина на юге региона от начала полового созревания к IV стадии (p<0,001).
На севере области уровень тироксина значимо (p<0,05) снижается от I к III
стадии полового развития, к IV СПР его концентрация вновь возрастает.
Уровень трийодтиронина в Коношском районе по стадиям полового развития
изменяется незначительно. В период появления и развития вторичных половых
признаков имеется тенденция к повышению гормона. Концентрация Т3 в
Приморском районе, наибольшая на I СПР, значимо (p<0,05) снижается к
концу полового созревания.
Возрастные и широтные отличия в динамике инсулина и кортизола
представлены в таблице 3. Уровень инсулина у мальчиков на юге области
незначительно снижается от 10 к 12 годам, а затем значимо возрастает с
максимумом в 14 лет. Диапазон распределения гормона в выборке Коношского
района смещён в сторону бόльших значений, в 10-11 лет более половины
обследованных лиц имеют значения выше нормы. В течение пубертатного
периода распределение концентраций гормона хоть и смещается в мéньшую
сторону, но в основном его значения расположены у верхней границы нормы, и
почти в четверти случаев выше её. В целом, среди мальчиков и юношей 10-16
лет, проживающих в Коношском районе, до 28 % имеют в сыворотке крови
повышенный уровень инсулина.
11
Таблица 3
Изменение уровней инсулина и кортизола у мальчиков и юношей
Коношского (К) и Приморского (П) районов Архангельской области в
различные возрастные периоды
№ Возраст
п/п (лет)
n
Инсулин (мкЕд/мл)
M±SD
К
П
8,69±3,57
8,41±2,66
8,17±2,93
9,84±3,63
9,02±4,20
8,18±2,81
10,79±4,70
9,45±3,94
10,23±4,74
7,81±2,71
10,65±3,59
5,68±1,88
p 2 - 5 , 6 =0,006
p 3 - 4 =0,032
p 2 - 6 =0,01
p 4 - 6 =0,04
К П
1
10-11 45 29
2
12
38 26
3
13
42 41
4
14
46 38
5
15
39 33
6
16
36 31
Статистически
значимое отличие
между
сравниваемыми
p К 5 - П 5 =0,01; p К 6 - П 6 =0,005
группами (р)
Кортизол (нмоль/л)
M±SD
К
П
481,52±112,51 329,14±88,35
457,96±163,55 332,27±158,97
378,58±159,80 425,73±149,39
390,95±128,21 429,14±160,42
390,54±139,01 471,29±148,64
464,60±165,77 546,98±161,89
p 1 - 3 , 4 <0,001
p 1 - 5 =0,008
p 1 , 2 - 6 =0,05
p 3 - 6 =0,01
p К 1 - П 1 =0,01; p К 2 - П 2 =0,034
Полученные данные свидетельствуют о том, что гормональная
активность инсулярного аппарата поджелудочной железы, важнейшего
регулятора межуточного обмена, весьма высока в препубертатный период у
мальчиков на юге области. К моменту появления вторичных половых
признаков (12 лет), усиленный рост организма требует повышенных
концентраций анаболически действующего инсулина, этим можно объяснить
относительное снижение его концентрации в крови и уменьшение диапазона
распределения. Дальнейший пубертатный скачок происходит при накоплении
критической массы пластического материала, необходимого для усиления
стероидогенеза и переключения анаболизма на половые стероиды (М.А.
Жуковский, 1995; А.А. Баранов, 2000; N. Mauras, 2001). Тканевой расход
инсулина с этого периода (14 лет), по-видимому, уменьшается и значимо
возрастает его концентрация в сыворотке крови.
Своеобразная циркадная возрастная динамика выработки инсулина
отмечена у детей на севере области, наиболее высокие значения отмечены в 12
и 14 лет, когда значения выше нормы имеют 35 и 20 % обследованных лиц
соответственно. В конце периода полового созревания уровень инсулина у
мальчиков Приморского района резко снижается, что может быть следствием
значительного повышения кортизола в этот период.
Возрастная динамика кортизола у мальчиков на юге области выражена в
резком снижении его концентрации от наибольших значений в 10-11 лет до
минимальных в 13-15 лет. Значимое снижение концентрации гормона к началу
пубертатного периода, по-видимому, вызвано усилением его расходования на
12
процессы полового созревания. Кроме того, к 13-15 годам диапазон колебаний
кортизола сужается и сдвигается в сторону наименьших значений. С одной
стороны можно предположить, что в этот период рецепторный аппарат к
данному гормону становится весьма чувствительным, и для достижения
значимого эффекта действия кортизола, достаточно мéньших его
концентраций. С другой стороны, столь резкое снижение и отсутствие прироста
до завершающих этапов полового созревания может являться неблагоприятным
моментом для адаптационных и защитных реакций организма в этот период. К
16 годам уровень гормона вновь значимо возрастает.
На севере области отмечается чёткая возрастная динамика увеличения
кортизола от 10 к 16 годам. Наибольшая скорость увеличения гормона
отмечается от 12 до 13 лет (23 %). С 13 до 14 лет темп прироста кортизола
замедляется (до 1 %), а затем вновь нарастает (до 10-15 % в год). Невысокие
уровни кортизола в 10-12 лет, значимо повышаются к началу полового
созревания (13 лет) и, продолжая свой рост в дальнейшем, достигают
максимума к 16 годам, при этом практически у половины юношей данного
возраста значения гормона превышают возрастную норму. В общей выборке
детей на севере области у 20 % обследованных зарегистрирован повышенный
уровень кортизола. Превышение нормативов кортизола в конце полового
развития может быть вызвано снижением чувствительности рецепторного
аппарата к этому гормону с возрастом, что особенно наглядно показано при
нагрузочных тестированиях (А.В. Ткачев, 1992). Кроме того, постоянное
проживание детей в более северном Приморском районе, с более суровым
климатом, уже способствует активизации глюкокортикоидной функции коры
надпочечников.
Изменения уровней инсулина и кортизола в зависимости от стадии
полового развития в целом повторяют возрастную динамику. Концентрация
инсулина у мальчиков Коношского района незначительно снижается от I ко II
стадии полового развития, затем, с течением пубертата возрастает почти в 1,5
раза (p<0,01), достигая максимума на IV СПР. В Приморском районе уровень
гормона, несколько повышаясь к началу пубертата, снижается в последующем
(p<0,05), до минимума на IV стадии полового развития. К моменту
окончательного формирования вторичных половых признаков концентрация
инсулина на юге области в 1,5 раза (p<0,01) выше, чем на севере региона.
Концентрация кортизола у мальчиков Коношского района, достаточно
высокая в препубертатном периоде, значимо (p<0,01) снижается ко времени
появления и развития вторичных половых признаков (II-III СПР), к IV стадии
уровень гормона вновь повышается. Динамика кортизола у мальчиков
Приморского района выражена в отчётливом повышении его значений по мере
полового созревания. Невысокие уровни гормона в препубертате, достигают
максимума к IV СПР (p<0,05). Значимые (p<0,05) широтные отличия
содержания кортизола выявлены на I стадии полового развития.
Этапы роста и развития ребёнка определяются характерным для них
уровнем и взаимосвязями гормонов. При анализе корреляционных
13
взаимоотношений изучаемых параметров у детей Коношского района,
выявлено увеличение количества межгормональных взаимосвязей по мере
полового созревания. Наибольшие изменения организма характерны для III–IV
стадий полового развития. Именно в этот период происходит значительное
повышение концентраций анаболически действующих гормонов: СТГ,
пролактина, инсулина. В период выраженного проявления вторичных половых
признаков (IV) окончательно формируются межсистемные межгормональные
взаимоотношения. Гормоны щитовидной железы становятся одними из
основных
составляющих
корреляционных
взаимосвязей.
Фактор
продолжительности светового дня, также увеличивает с возрастом своё влияние
на гормональные показатели у детей и подростков Коношского района,
особенно на IV СПР. Установлена обратная зависимость уровней
соматотропина, инсулина, тироксина и трийодтиронина, а также прямая
зависимость пролактина от продолжительности светового дня.
Из особенностей коррелятивных взаимодействий у детей в Приморском
районе, можно выделить сильное влияние продолжительности светового дня на
все гормональные системы в начале полового созревания, особенно на
тиреоидную. Для тиреотропина, кортизола, инсулина эта зависимость прямая, а
для соматотропина и тиреоидных гормонов обратная. Кроме того, световой
режим, активизируя функцию коры надпочечников у подростков в конце
пубертата, видимо способствует значительному повышению концентрации
кортизола в крови и усилению его роли в корреляционных связях. Наибольшее
число межгормональных взаимосвязей отмечено для II-III СПР, у мальчиков
чётко сформирована отрицательная обратная связь регуляции в системе
гипофиз – щитовидная железа (ТТГ – Т3), что может служить признаком
функциональной зрелости щитовидной железы.
Таким образом, прослеживается поэтапное становление различных
звеньев эндокринной регуляции в зависимости от стадии полового созревания.
Полученные данные свидетельствуют о наличии региональных особенностей
эндокринного гомеостаза и взаимосвязей его показателей у детей с течением
пубертатного периода.
Изменения эндокринных показателей у мальчиков и юношей Коношского и
Приморского районов Архангельской области в течение года
Изучение
эндокринных
показателей
и
межгормональных
взаимоотношений в течение года позволило выявить их цирканнулярную
динамику. У обследованных окологодовая динамика прослеживается для
большинства гормонов, причём у старшей группы детей цирканнулярные
различия более чётко выражены. По характеру изменений можно выделить две
группы, внутри каждой имеются характерные сходные кривые изменений
уровней гормонов. В обоих исследованных районах в первую группу входят
гормоны, наибольшие концентрации которых определяются в контрастные
периоды года (периоды минимальной и максимальной продолжительности
светового дня – декабрь и июнь), а наименьшие уровни отмечены в переходные
14
периоды года (увеличения и уменьшения продолжительности светового дня –
март и сентябрь) это кортизол и пролактин. Во второй группе находятся
гормоны с противоположной динамикой изменений концентраций, т.е.
максимум определяется в переходные периоды, а минимум в контрастные
периоды года – инсулин и трийодтиронин. И, наконец, отмечена группа
гормонов (соматотропин, тиреотропин и тироксин) у которых годичная
ритмика существует, но она индивидуальна для каждой возрастной группы или
района исследования. Так к первой группе можно отнести ТТГ у младших
детей и СТГ у старших на севере области, ко второй группе – ТТГ у старших
детей на юге области и СТГ у младших на севере региона. А тироксин у всех
обследованных детей и гормон роста у детей на юге области максимальны в
осенне-зимний период и минимальны в марте-июне.
Таким образом, прослеживается неоднородность цирканнулярных
изменений уровней исследуемых гормонов внутри системы гипофиз –
щитовидная железа. Роль гипофизарно-тиреоидной системы в процессах
адаптации организма к изменяющимся условиям окружающей среды особенно
наглядно проявляется в зимне-весенний период. Именно в это время для
поддержания гомеостаза возникает потребность в увеличении основного
обмена (N. Konno, 1980; И.Н. Семененя, 2004), который преимущественно
осуществляется посредством трийодтиронина, а он образуется главным
образом путём периферического превращения из тироксина. Видимо этим
объясняется повышение до максимума весной уровня Т3, а снижение Т4 связано
с усиленной конверсией его в трийодтиронин. В июне же наоборот, пики
концентраций тиреоидных гормонов зеркально меняются – определяется
значимое снижение Т3 при одновременном повышении Т4. Данная динамика
более отчётлива на севере области, в подтверждение этому весной отмечена
сильная корреляционная взаимосвязь Т3 – Т4, а летом сильное стимулирующее
влияние ТТГ на невысокие уровни тиреоидных гормонов.
Гипотеза о том, что тиреоидные гормоны активно участвуют в адаптации
организма к изменяющимся внешним условиям в течение года, подтверждается
путём установления зависимости тиреоидных гормонов от продолжительности
светового дня (DLD). В частности, при корреляционном анализе выявлено, что
продолжительность светового дня оказывает довольно значительное влияние на
содержание в сыворотке крови тиреоидных гормонов, прежде всего на уровень
Т3, причём с возрастом участие DLD в формировании той или иной
концентрации Т3 в крови возрастает, особенно наглядно это влияние у детей на
севере области.
Активизация инсулярного аппарата поджелудочной железы также
происходит в месяцы с коротким световым днём (декабрь-март). Являясь
важнейшим регулятором основных видов межуточного обмена, инсулин прямо
или косвенно оказывает влияние на энергетические процессы в организме,
обеспечивая при этом адаптационные возможности организма к изменяющимся
условиям окружающей среды (Н.А. Агаджанян, 2000). Адаптогенное действие
инсулина, синергичное с гормонами гипофизарно-тиреоидной системы в зимне15
весенний период, особенно заметно у мальчиков на юге области, когда
выявлены значимые корреляционные связи этих гормонов. Наиболее
высокоамплитудная годичная ритмика колебаний инсулина, также характерна
для Коношского района. Продолжительность светового дня оказывает
ингибирующее воздействие на содержание инсулина у детей юга области в
препубертатном периоде и конце полового созревания, а на севере региона
DLD потенцирует выработку гормона у мальчиков в начале пубертата.
Таким образом, поддержание гомеостаза в зимне-весенний период
обеспечивается за счёт активации периферического звена гипофиз –
щитовидная железа, посредством усиленной конверсии тетрайодтиронина в
трийодтиронин, наиболее отчётливо это заметно у детей более северного
Приморского района, а также за счёт усиления продукции инсулина, особенно
значительной у мальчиков южного Коношского района.
Кора надпочечников является наиболее чувствительной как к избытку,
так и к недостатку световой активности, подтверждение этому – абсолютно
идентичная годовая динамика кортизола у всех обследованных детей с
максимальными концентрациями в летние и зимние месяцы. Наибольший
подъём её активности отмечен с увеличением возраста и географической
широты проживания. Так, повышенные уровни кортизола у подростков
Приморского района подвержены максимальной амплитуде годичных
колебаний, а фактор продолжительности светового дня максимально
стимулирует у них продукцию гормона в период бурного формирования
вторичных половых признаков (III СПР).
Таким образом, зимне-весенний период является своеобразным
подготовительным этапом в обеспечении организма запасами пластического
материала, необходимого для активных метаболических процессов в летний
период. В летний период в обеспечении гомеостатических функций организма
со стороны эндокринной системы на смену доминирующему влиянию
соматотропина, инсулина и тиреоидных гормонов приходит анаболически
действующий пролактин. Достаточно мощный регулятор углеводного и
белкового обменов, гормон адаптации – кортизол, проявляет максимальную
активность в оба контрастных периода года (декабрь, июнь). Наибольшими
стимуляторами адаптационных возможностей растущего детского организма к
региональным климатическим условиям, являются на юге области – инсулин,
соматотропин и пролактин, на севере региона – тиреоидные гормоны и
кортизол.
Обобщая анализ цирканнулярной динамики уровней исследованных
гормонов можно заключить, что наиболее чувствительны к годичной ритмике
на севере области трийодтиронин, инсулин и кортизол, на юге области у детей
старшей возрастной группы к ним присоединяются гипофизарные гормоны –
пролактин, соматотропин и тиреотропин. Высокоамплитудная годичная
ритмика выявлена для кортизола на севере области, и для инсулина и
соматотропина на юге.
16
ВЫВОДЫ
1. Функциональной особенностью гипофизарно-тиреоидной системы у
обследованных мальчиков и юношей (10-16 лет), является повышенный
уровень тиреотропного гормона. Высокие показатели ТТГ выявлены в 35 %
случаев в Коношском районе (юг) и в 32 % в Приморском районе (север)
Архангельской области. Концентрации гормонов щитовидной железы
(тироксин, трийодтиронин) у мальчиков и юношей обоих исследованных
районов располагаются на нижней границе нормативных пределов.
2. У 28 % обследованных лиц, проживающих на юге области, выявлен
повышенный уровень инсулина, особенно у мальчиков препубертатного
возраста (у 50 % лиц). На севере области у 20 % обследованных лиц
зарегистрирован повышенный уровень кортизола, преимущественно в конце
полового созревания (у 35 % лиц).
3. Интенсивное формирование межсистемных гормональных связей и
активизация гипофизарного звена эндокринной регуляции происходит у
обследованных лиц на севере области в начале полового созревания, а на юге
области – в конце полового созревания.
4. У обследованных мальчиков и юношей выявлены цирканнулярные
изменения уровней гормонов щитовидной (тироксин, трийодтиронин),
поджелудочной (инсулин) желез, коры надпочечников (кортизол) и
пролактина. В обоих исследованных районах, в контрастные периоды года
(периоды минимальной и максимальной продолжительности светового дня) в
крови обследованных лиц определены минимальные концентрации
трийодтиронина, инсулина и максимальные – кортизола, пролактина.
Наибольшая амплитуда годичных колебаний выявлена для кортизола – на
севере, и для инсулина – на юге области.
5. Установлена прямая зависимость содержания в крови обследованных лиц
тиреотропина, пролактина, кортизола, инсулина, а также обратная
зависимость уровней соматотропина, тироксина и трийодтиронина от
продолжительности светового дня. На севере области эта зависимость более
выражена у детей в начале полового созревания, а на юге области – у
подростков в конце полового созревания.
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ,
ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Дёмин Д.Б. Эколого-физиологические особенности межгормональных
взаимоотношений системы гипофиз – поджелудочная железа –
надпочечники и антропометрических показателей у мальчиков
Архангельской области / Д.Б. Дёмин, Р.В. Кубасов, Е.В. Типисова и др. //
Тезисы докладов Молодежной международной конференции “Экология –
2003”. – Архангельск, 2003. – С. 254.
17
2. Кубасов Р.В. Использование метода регрессионного анализа для
определения степени зрелости эндокринной системы и оценки
межгормональных взаимосвязей в детском возрасте / Р.В. Кубасов, Д.Б.
Дёмин, Е.В. Типисова и др. // Тезисы докладов Молодежной
международной конференции “Экология – 2003”. – Архангельск, 2003. – С.
264.
3. Дёмин Д.Б. Особенности взаимного влияния желез внутренней секреции в
зависимости от стадии полового развития у мальчиков Архангельской
области / Д.Б. Дёмин, Р.В. Кубасов // Материалы Седьмой Всероссийской
медико-биологической конференции молодых исследователей. – СанктПетербург, 2004. – С. 79-80.
4. Кубасов Р.В. Эндокринные показатели системы гипофиз – щитовидная
железа – гонады у мальчиков южных районов Архангельской области / Р.В.
Кубасов, Д.Б. Дёмин // Материалы Седьмой Всероссийской медикобиологической конференции молодых исследователей. – Санкт-Петербург,
2004. – С. 141-142.
5. Koubassov R. Hormonal changes in schoolchildren living in south of
Archangelsk region in depending from day light duration / R. Koubassov, D.
Demin, A. Tkachev // In Abstract book of II International Symposium “Problems
of Adaptation of Man to Ecological and Social Conditions of the North”. –
Syktyvkar, 2004. – Р. 150-151.
6. Дёмин Д.Б. Особенности гормональных взаимодействий системы гипофиз –
кора надпочечников – гонады и поджелудочной железы у мальчиков
Европейского Севера / Д.Б. Дёмин, Р.В. Кубасов, Е.В. Типисова и др. //
Экология человека. – 2004. – Т. 1, № 4. – С. 155-157.
7. Кубасов Р.В. Гормональное обеспечение системой гипофиз – щитовидная
железа – гонады у мальчиков в процессе полового созревания,
проживающих в Коношском районе Архангельской области / Р.В. Кубасов,
Д.Б. Дёмин, Е.В. Типисова и др. // Экология человека. – 2004. – Т. 1, № 4. –
С. 265-268.
8. Кубасов Р.В. Динамика гормональных показателей у мальчиков
Архангельской области в зависимости от фотопериода / Р.В. Кубасов, Д.Б.
Дёмин, Е.В. Кривоногова и др. // Российский физиологический журнал им.
И.М. Сеченова. – 2004. – Т. 90, № 8. Ч. 2. – С. 376-377.
9. Дёмин Д.Б. Ростовые эффекты гипофизарных и тиреоидных гормонов у
детей и подростков Европейского Севера / Д.Б. Дёмин // Вестник молодых
учёных. Приложение к серии “Науки о жизни”. Сборник материалов
Всероссийской конференции молодых исследователей “Физиология и
медицина”. – Санкт-Петербург, 2005. – С. 33.
10. Кубасов Р.В. Становление системы гипофиз – щитовидная железа – гонады
в пубертате у мальчиков Архангельской области / Р.В. Кубасов, Д.Б. Дёмин,
Е.В. Типисова и др. // Российский физиологический журнал им. И.М.
Сеченова. – 2005. – № 4. – С. 400-407.
18
11. Дёмин Д.Б. Особенности становления гормонального статуса у мальчиков
пубертатного периода, проживающих в южных районах Архангельской
области / Д.Б. Дёмин // Экология человека. – 2005. – № 5. – С. 17-20.
12. Дёмин Д.Б. Влияние широтного эффекта на функциональное становление
эндокринной системы у детей и подростков Европейского Севера России /
Д.Б. Дёмин // Научные труды I Съезда физиологов СНГ. Под ред. Р.И.
Сепиашвили. Т.2. – М.: Медицина-Здоровье, 2005. – С. 254-255.
13. Дёмин Д.Б. Влияние фотопериода на функциональную активность
гипофизарно-тиреоидной системы у детей, проживающих в разных
географических широтах Европейского Севера / Д.Б. Дёмин // Тезисы
докладов и лекций тринадцатого международного совещания и шестой
школы по эволюционной физиологии. – Санкт-Петербург, 2006. – С. 73.
14. Дёмин Д.Б. Исследование роли инсулина и кортизола в регуляции
физического развития у мальчиков южных районов Архангельской области
/ Д.Б. Дёмин // Экология человека. – 2006. – № 2. – С. 24-27.
15. Кубасов Р.В. Влияние продолжительности светового дня на гормональные
показатели у детей южных районов Архангельской области / Р.В. Кубасов,
Д.Б. Дёмин // Экология человека. – 2006. – № 3. – С. 25-30.
16. Дёмин Д.Б. Возрастная динамика инсулина и кортизола у детей,
проживающих на различных географических широтах Европейского Севера
/ Д.Б. Дёмин // Тезисы V Молодёжной научной конференции “Физиология
человека и животных: от эксперимента к клинической практике”. –
Сыктывкар, 2006. – С. 20-22.
19