Функциональные показатели у мужчин-северян участников проекта «Марс-500»

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 613.614+613.693

Ю.Г. Солонин, А.Л. Марков, Е.Р. Бойко

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ У МУЖЧИН-СЕВЕРЯН - УЧАСТНИКОВ ПРОЕКТА «МАРС-500»

Приводятся результаты годового мониторинга функциональных показателей по проекту «Марс-500» у мужчин-северян с использованием аппаратно-программного комплекса «Экосан-2007». Выявлена относительная стабильность среднегрупповых данных по большинству изучаемых параметров и в основном соответствие их имеющимся нормативам. Охарактеризована вариабельность различных морфологических, физиологических и кардиологических показателей. Установлены влияния сезонного фактора, микроклимата помещения и особенности организма жителей Севера.

Ключевые слова: проект «Марс-500», Север, мужчины, центральная гемодинамика, вариабельность сердечного ритма, уровень физического здоровья.

Изучению влияния сезонного фактора на организм человека в экологической физиологии уделяется большое внимание. При этом получено много противоречивых данных о поведении отдельных физиологических показателей в разные сезоны. Поэтому требуется дальнейшее изучение данного фактора с использованием широкого набора морфологических, физиометрических и физиологических показателей, а также донозологических показателей здоровья. В этом плане представляет большой интерес организованный на Севере России (г. Сыктывкар, 62° с.ш.) с апреля 2009 г. по апрель 2010 г. годовой этап сателлитного эксперимента по проекту «Марс-500».

Цель настоящей работы - изучить антропофизиометрические, физиологические, психофизиологические параметры, показатели соматического здоровья и вариабельности сердечного ритма у северян - участников проекта «Марс-500» в различные периоды года для выявления возможных сезонных изменений в организме.

Материалы и методика исследований

Исследование выполнено по единой методике головной организации проекта «Марс-500» -Института медико-биологическим проблем РАН (Москва) [1], аналогичной исследованиям, проводимым в основном эксперименте в гермокамере макета «марсианского» корабля (научный руководитель кардиологического направления сателлитного эксперимента - д.м.н., профессор Р.М. Баевский).

В работе использован аппаратно-программный комплекс «Экосан-2007», созданный Институтом медико-биологических проблем РАН совместно с фирмой «Медицинские компьютерные системы». Этот комплекс реализует методологию донозологического контроля за состоянием здоровья, позволяет анализировать вариабельность сердечного ритма, показатели дисперсионного картирования ЭКГ и др. Наряду с этим применяли общепринятые соматометрические и физиометрические показатели и методики, позволяющие определить и оценить состояние терморегуляции (термометрия и холодовая проба), кардиореспираторной системы и уровень физического здоровья (У ФЗ) по Апанасенко [2].

Годовой медико-экологический мониторинг проводили в отобранной группе мужчин-северян в возрасте от 24 до 49 лет (в среднем 32,1 года) при росте 164-189 см (в среднем 174,4 см), с массой тела от 57 до 109 кг (в среднем 81,8 кг). Это были практически здоровые служащие МЧС и научные работники, прошедшие поликлиническое обследование и давшие письменное согласие на добровольное участие в эксперименте. В разные месяцы обследованы в основном одни и те же люди.

Полученные материалы подвергнуты статистической обработке с помощью программ Microsoft Excel и Biostat (версия 4.03). Сравнение данных по месяцам осуществляли с использованием критерия Крускала-Уоллиса. Различия считали статистически значимыми при P<0,05.

Результаты и их обсуждение

Большинство показателей, характеризующих организм испытателей, остаются довольно стабильными в разные месяцы года (табл. 1). Это масса тела и индекс массы тела (ИМТ - имеется лишь небольшая тенденция к нарастанию осенью и зимой), сила кисти, силовой индекс (СИ), жизненная

ёмкость лёгких, жизненный индекс (ЖИ), результаты выполнения проб с задержкой дыхания на вдохе и выдохе, вегетативный индекс Кердо (ВИК), длительность интервалов R-R, коэффициенты вариации, Мода (Мо), показатель активности регуляторных систем (ПАРС), показатели «Миокард», «Ритм», кардиореспираторный индекс Скибинской (КРИС), УФЗ, время простой (ВПЗМР) и время сложной зрительно-моторных реакций, критическая частота различения и критическая частота слияния (КЧСМ) световых мельканий, большинство показателей вариабельности сердечного ритма (RMSSD, р№К50, SDNN, ТР, ОТ, LF, VLF), самочувствие (по данным анкетирования). Следует отметить, что показатели вариабельности сердечного ритма у взрослых северян, так же как и у детей разного возраста в средней полосе страны [3], имеют большие межиндивидуальные различия, но их усредненные по группам значения относительно стабильны в годовой динамике и редко выходят за границы существующих нормативов.

Таблица 1

Г одовая динамика функциональных показателей у мужчин-северян

Показатели Апрель Май Июнь Июль Октябрь Декабрь Февраль Апрель Нормативы

Число лиц 20 18 17 17 25 26 26 23

Температура на улице, °С 2,5 12,0 20,1 18,1 -0,4 -14,7 -12,5 7,6

ИМТ, кг/м2 26,3 26,1 26,2 26,4 27,1 26,8 26,8 26,6 До 25

СИ, % 58 61 59 58 60 59 58 59 66 и более

ЖИ, мл/кг 53 54 53 53 53 51 52 52 56 и более

ВПЗМР, мс 208 215 198 204 204 203 201 199 До 200

КЧСМ, Гц 45,3 45,9 45,6 42,7 45,4 45,9 46,5 47,27 45-50

ЧСС, уд/мин 70 73 744 764 72 68567 70 72 55-75

СД, мм рт.ст. 131412 126 126 126 128 12210 12712 1234 100-140

ДД, мм рт.ст. 8312 81 83 82 81 75 5, 6, 7, 10 79 784 60-90

RMSSD, мс 30,0 25,0 28,5 30,5 32,0 27,0 32.0 29,0 20-50

рКЫ50, % 8,7 6,2 7,6 8,9 10,0 6,2 10,5 6,7

SDNN, мс 47,7 37,8 41,1 44,5 39,9 37,9 42,1 42,5 40-80

ТР, мс2 1606 1185 1396 1631 1329 1247 1471 1378 800-1500

ОТ, % 36,6 30,4 26,9 26,8 38,2 27,9 38,8 29,2 10-30

LF, % 44,3 49,7 51,9 49,0 39,6 47,3 36,7 47,9 15-45

VLF, % 15,1 15,8 19,2 20,7 20.6 25,2 21,6 19,8 20-60

Миокард, % 14,3 13,3 13,6 13,8 14,5 15,75 13,5 13,2 До 15

ИЦ 2,3212 3,05 2,61 2,63 2,60 4,236,/,ш 2,81 3,64 До 2,5

Стресс-индекс 92 118 100 104 1334 128 127 152 80-150

ПАРС, баллы 3,45 3,50 3,88 3,35 2,95 4,1510 3,46 3,70 1-3

ИФИ 2,63 2,57 2,58 2,62 2,60 2,47 2,53 2,50 До 2,59

УФЗ, баллы 2,45 3,72 3,06 3,89 2,88 3,42 3,27 3,00 7 и более

Температура тела, °С 36,412 36,2 35,84 36,1 35,5 7 35,4 35,3 35,4 35-37

Температура кисти, °С: до охлаждения 7-я мин после охлаждения - - - - 30,4 30,2 29,410 28,110 30,612 30,012 32,82 32,42

Градиент «ядро- оболочка», °С - - - - 5,1 6,0 4,7 2,6

Примечание: 1) приведены средние арифметические величины; 2) цифры в показателе степени означают месяц, с данными которого имеются статистически значимые различия (Р<0,05).

При этом ИМТ у испытателей-северян превышает норму («выше среднего»), значения СИ и ЖИ «низкие», результаты выполнения проб Штанге и Генчи «хорошие». Отрицательные значения ВИК во все периоды года указывают на преобладание парасимпатического влияния на сердечнососудистую систему. Значения индекса функциональных изменений (ИФИ) на большей части года «удовлетворительны», а в апреле, июле и октябре этот показатель говорит о «напряжении механизмов регуляции». Аритмии встречались в единичных случаях и уровни этого показателя укладывались в норму. Значения стресс-индекса, индексов «Миокард» и «Ритм», кроме апреля 2010 г., находились в зоне нормальных величин. Однако ПАРС, кроме октября, летом оказался в районе «донозологиче-ских состояний», наиболее высоким он был в декабре, что может быть обусловлено сезонным влиянием. Значение индекса централизации (ИЦ) соответствовало норме только в апреле 2009 г. В остальные месяцы года он превышал нормальные значения. Уровни КРИС можно оценить как «хорошие», что говорит о нормальном состоянии кардиореспираторной системы. У обследованных северян УФЗ «ниже среднего», что свидетельствует о пониженном физическом здоровье. Время сенсомотор-ных реакций граничило с нормой, или чаще превышало ее (по ВПЗМР). Самочувствие у наших испытателей было «хорошее» во все сезоны года.

Статистически значимые междумесячные различия отмечались только по некоторым показателям. Температура тела в слуховом проходе статистически значимо снижалась от весны к лету и к осени-зиме. Температура на коже кисти уменьшалась от октября к декабрю и повышалась к февралю и апрелю. В самый холодный период обследования (декабрь) температура «оболочки» была наименьшей, а градиент «ядро-оболочка» наибольшим. В феврале (при такой же температуре воздуха в помещении) температура «оболочки» возросла, а градиент «ядро-оболочка» уменьшился, что свидетельствует о произошедшей адаптации организма к холодовому фактору.

Уровни СД и ДД статистически значимо снижались от весны и лета-осени к зиме. В соответствии с рекомендациями Всероссийского научного общества кардиологов артериальное давление у се-верян-испытателей весной было «высокое нормальное», летом и осенью - «нормальное», зимой -«оптимальное». Значения ЧСС статистически значимо повышались летом и снижались зимой.

Ранее у жителей более высоких широт (65° с.ш.) по целому ряду физиометрических, физиологических и психофизиологических показателей были выявлены особенности организма северян, отличающие их от жителей средней полосы [4; 5]. У обследованных нами испытателей также обнаружены некоторые особенности, свойственные жителям Севера. Это склонность к повышению индекса массы тела, замедленные сенсомоторные реакции, снижение лабильности ЦНС, по данным КЧСМ, низкие значения СИ, ЖИ и УФЗ.

Своеобразно изменялись показатели гемодинамики в течение года. Значения СД, ДД и ЧСС летом и осенью близки между собой. Самый высокий уровень СД наблюдался в апреле 2009 года. В зимний период статистически значимо снижены СД и ДД, заметно меньше и ЧСС. Это противоречит данным ряда авторов, которые показали, что зимой артериальное давление повышается, и связывали это повышение с влиянием холода [6; 7]. В нашем наблюдении зимой тоже были более низкие температуры не только на улице, но и в помещении. Однако, при этом было статистически значимо повышено атмосферное давление и снижена относительная влажность воздуха. Эти факторы могли повлиять на гемодинамику в обратном направлении.

Корреляционный анализ показал, что артериальное давление имеет заметную отрицательную связь с атмосферным давлением. Коэффициент корреляции СД с атмосферным давлением составил -0,51 (Р<0,01), а ДД -0,41 (Р<0,01). На значения ДД также влияют температура воздуха на улице (г =

0,33; Р<0,05) и влажность воздуха в помещении (г = 0,33; Р<0,05). При анализе парциальной корреляции выявлено, что только с атмосферным давлением статистически значимо коррелирует ДД при элиминации влияния температуры воздуха на улице (г = -0,35; Р<0,05) и влажности воздуха в помещении (г = -0,34; Р<0,05). Корреляции с другими факторами при исключении влияния давления атмосферы становятся незначимыми. Следовательно, атмосферное давление в данной ситуации остается доминирующим фактором. Известно, что повышение атмосферного давления и снижение влажности воздуха ведут к повышению парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Этим и можно объяснить депрессорный и брадикардический эффекты в системе кровообращения в состоянии покоя в период исследования зимой.

Таблица 2

Коэффициенты вариации изучаемых показателей, %

Показатели, признаки Внутрииндивидуальная изменчивость по месяцам Межиндивидуальная изменчивость

Пределы колебаний Средняя у 17 лиц

Температура тела 0,95-2,28 1,6 0,8

Температура кожи 1,5-9,9 5,5 4,3

КЧСМ 1,2-6,7 3,2 11,3

КЧРМ 1,3-5,6 2,8 9,0

Масса тела 1,4-5,7 2,4 16,2

Индекс массы тела 1,2-6,0 2,7 13,5

Сила мышц кисти 2,3-9,2 4,5 13,8

Силовой индекс 1,8-7,5 4,2 15,5

ЖЕЛ 1.2-7,0 14,7 13,6

Жизненный индекс 3,0-18,3 6,4 16,4

Время СЗМР 4,9-16,9 10,3 18,2

Время ПЗМР 6,4-18,4 10,4 11,5

Систолическое АД 2,4-6,4 4,6 8,8

Диастолическое АД 3,9-8,4 5,7 9,7

Среднединамическое АД 2,9-7,1 4,6 8,2

Двойное произведение 7,3-16,9 11,5 15,1

ЧСС разовая 6,1-17,0 10,1 11,9

ИФИ 3,3-9,6 4,9 11,6

Проба Штанге 10,9-29,8 18,5 31,0

Проба Г енчи 12,1-32,9 20,9 27,0

КРИ Самко 4,6-14,8 9,1 25,0

КРИ Скибинской 12,5-42,4 23,8 32,7

УФЗ по Апанасенко 18-200 68,2 34,3

ВИК 42-680 152,0 292,0

Индекс «Миокард» 2,0-47,8 19,2 29,2

Индекс «Ритм» 43-106 60,5 96,2

ЧСС за 5 минут 5,0-14,9 8,4 9,8

SDNN 4,3-28,6 16,8 21,5

RMSSD 8,3-33,4 18,0 37,0

pNN50 30-100 48,0 102,8

ТР 17-90 37,0 47,8

ОТ,% 8,0-46,6 25,6 35,7

LF,% 9,1-32,7 18,6 21,8

VLF,% 18,9-63,0 33,0 53,3

Стресс-индекс 9,0-55,4 37,3 35,8

Индекс централизации 31,6-158,0 64,6 62,4

ПАРС 21,8-63,6 43,9 60,1

При выполнении кратковременной физической нагрузки реакции ДД и ЧСС можно оценить как «хорошие» во все сезоны года. Зимой организм испытателей реагирует меньшими сдвигами СД, ДД, но большими сдвигами ЧСС и замедленным восстановлением ЧСС после нагрузки (так называемый кардиальный или хронотропный тип реакции).

При выполнении ортостатической пробы весной ее переносимость по СД «хорошая», по ЧСС «удовлетворительная», по ДД «неудовлетворительная» (эукинетический тип реакции кровообращения). Летом переносимость по СД «удовлетворительная», по ДД и ЧСС «неудовлетворительная» (эти показатели более реактивны летом - гиперкинетический тип реакции). Зимой переносимость ортопробы по СД и ЧСС «удовлетворительная», по ДД «неудовлетворительная» (зимой менее реактивны СД, ДД и ЧСС при гиперкинетическом типе реакции). Таким образом, в теплый период года перено-

симость ортостатической пробы наихудшая (рефлекторные механизмы регуляции гемодинамики испытывают напряжение), а весной - наилучшая.

Сезонные изменения в организме человека, связанные с годовыми биоритмами, изучались целым рядом авторов [8-10], которые выявили колебания психофизиологического статуса и метаболического обеспечения функционирования систем организма, обусловленные действием целого комплекса факторов - светового и температурного, характера питания и витаминного состава пищи, двигательного режима и т.д. В целом маловыраженные сезонные изменения у испытателей-северян можно объяснить тем, что обследованные лица представляли профессии «кабинетных работников», которые редко подвергаются непосредственному воздействию внешней среды и большую часть своего рабочего и домашнего времени находятся в помещениях с комфортным микроклиматом и искусственным освещением. В то же время влияния апериодических и/или неизбегаемых факторов (атмосферное давление) и условий среды в помещении, а также постоянного проживания на Севере отражаются на физиологическом статусе организма и соматическом здоровье северян.

Для оценки биологической изменчивости признаков в научных исследованиях применяются коэффициенты вариации. По существующей оценочной шкале коэффициент вариации до 10% характеризует слабое разнообразие признаков, до 20% - среднее, более 20% - сильное разнообразие признаков. Как оказалось, у применяемых в нашем эксперименте различных показателей коэффициенты вариации колеблются в очень широких пределах (от 1,5 до 292,0%). Данные представлены в табл. 2.

По большинству признаков межиндивидуальная (биологическая) вариабельность превышает внутрииндивидуальную (физиологическую), за исключением таких показателей как температура тела и кожи, ЖЕЛ, УФЗ, стресс-индекс и индекс централизации. Для многих показателей характерны среднее или сильное разнообразие признаков.

Знание вариабельности изучаемых показателей помимо теоретического интереса важно и для практики. Более изменчивые показатели требуют большего числа наблюдений, чтобы выявить статистически значимые различия между выборками при поперечном исследовании или обнаружить влияние каких-либо факторов при лонгитудинальном исследовании.

Вывод

Таким образом, годовой период исследований по проекту «Марс-500» на Севере России показал, что применяемый методический и аппаратно-программный комплекс позволяет оценить состояние сердечно-сосудистой и других систем организма, его адаптационные возможности и уровень здоровья, осуществлять донозологический контроль в длительных динамических наблюдениях. При этом выявлены влияния сезона года, атмосферного давления, микроклимата помещения на показатели гемодинамики и некоторые особенности организма жителей Сыктывкара, связанные с проживанием в условиях Севера (замедленные сенсо-моторные реакции, сниженные лабильность ЦНС и уровень физического здоровья по шкале Апанасенко, ухудшение регуляции гемодинамики при физических и ортостатических нагрузках).

Благодарности

Авторы выражают благодарность испытателям - участникам эксперимента «Марс-500».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Введение в донозологическую диагностику. М.: Слово, 2008. 220 с.

2. Апанасенко Г.Л., Попова Л.А. Медицинская валеология. Ростов н/Д: Феникс, 2000. 248 с.

3. Шлык Н.И. Сердечный ритм и центральная гемодинамика при физической активности у детей. Ижевск, 1991. 417 с.

4. Солонин Ю.Г. Широтные особенности физиологических функций у жителей Севера // Физиология человека.

1994. Т. 20, №6. С. 137-143.

5. Солонин Ю.Г. Сезонные изменения физиологических функций у жителей Севера // Физиология человека.

1995. Т. 21, №6. С. 70-75.

6. Barnett A.G., Sana S., Salomaa V., Kuulasmaa K., Dobson A.J. The effect of temperature on systolic blood pressure // Blood Press. Monit. 2007. Vol. 12, №3. P. 195-203.

7. Madsen C., Nafstad P. Associations between environmental exposure and blood pressure among participants in the Oslo Health Study // Eur. J. Epidemiol. 2006. Vol. 21, №7. P. 485-491.

8. Бойко Е.Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 190 с.

9. Сезонная динамика физиологических функций у человека на Севере / под ред. Е.Р. Бойко. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 223 с.

10. Shephard R.J., Aoyagi Y. Seasonal variations in physical activity and implications for human health // Eur. J. Appl. Physiol. 2009. Vol. 107, № 3. P. 251-271.

Поступила в редакцию 31.01.12

Yu. G. Solonin, A.L. Markov, E.R. Bojko

Physiological indices in male northerners participating in “Mars-500” project

One-year monitoring of physiological indices with hardware-software complex “Ecosan-2007” performed in the group of male Northerners participating in “Mars-500” project revealed relative stability of average group values for the most of parameters under study. Majority of the parameters complied with existing norms. The variabilities of various morphological, physiological and cardiological indices were described along with effects of season, indoor microclimate and physiological features of the residents of the North.

Keywords: “Mars-500” project, North, men, central hemodynamics, heart rate variability, physical health level.

Солонин Юрий Григорьевич, доктор медицинских наук, профессор ФГБУН «Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук» 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 50 E-mail: solonin@physiol.komisc.ru

Бойко Евгений Рафаилович,

доктор медицинских наук, профессор

ФГБУН «Институт физиологии Коми научного центра

Уральского отделения Российской академии наук»

167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 50

E-mail: erbojko@physiol.komisc.ru

Solonin Yu.G., doctor of medicine, professor Institute of Physiology, Komi Science Center,

Ural Branch of Russian Academy of Sciences 167982, Russia, Syktyvkar, Pervomayskaya st., 50 E-mail: solonin@physiol.komisc.ru

Markov A.L., junior research worker Institute of Physiology, Komi Science Center,

Ural Branch of Russian Academy of Sciences 167982, Russia, Syktyvkar, Pervomayskaya st., 50 E-mail: volkarb@mail.ru

Bojko E.R., doctor of medicine, professor Institute of Physiology, Komi Science Center,

Ural Branch of Russian Academy of Sciences 167982, Russia, Syktyvkar, Pervomayskaya st., 50 E-mail: erbojko@physiol.komisc.ru

Марков Александр Леонидович, младший научный сотрудник ФГБУН «Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук»

167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 50 E-mail: volkarb@mail.ru