Исследование роли инсулина и кортизола в регуляции физического развития у мальчиков южных районов Архангельской области

УДК 612.4.018:612.6.661

ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ИНСУЛИНА И КОРТИЗОЛА В РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ У МАЛЬЧИКОВ ЮЖНЫХ РАЙОНОВ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ*

© 2006 г. Д. Б. Демин

Институт физиологии природных адаптаций Уральского отделения РАН, г. Архангельск

Проведено исследование динамики уровней инсулина и кортизола, рассмотрена их связь с физическим развитием у детей и подростков 10—16 лет, проживающих в южных районах Архангельской области, в зависимости от стадии полового созревания. Выявлено, что в препу-бертатном периоде инсулярный аппарат поджелудочной железы имеет достаточно высокую гормональную активность. Диапазон колебаний инсулина смещен в сторону больших значений по сравнению с показателями у детей, проживающих на среднеширотных территориях. У детей, проживающих в данном регионе, процесс полового созревания требует функционального напряжения коры надпочечников.

В пубертатном периоде повышается рецепторная чувствительность тканей к кортизолу.

Ключевые слова: инсулин, кортизол, половое созревание, физическое развитие.

В настоящее время вопрос о сохранении экологического и человеческого потенциала северных территорий остается открытым. Проблема изучения особенностей эндокринных процессов наиболее многогранна, когда речь идет о саморазвивающемся, растущем организме детей и подростков. Это особенно актуально на территории, где вопрос уровня климатического дискомфорта до сих пор является спорным. Организм ребенка, находящийся в процессе непрерывного морфологического и функционального развития, в большей степени подвержен влиянию неблагоприятных климатических факторов Севера. Представленные в научной литературе сведения о состоянии специфического «северного» гормонального профиля касаются чаще всего взрослого населения [5, 6]. Объем сведений о возрастной динамике уровней гормонов у детей в основном представлен авторами, изучавшими его на среднеширотных территориях с умеренным, относительно благоприятным климатом [2, 7].

В связи с разрозненностью и отсутствием полноты информации о формировании гормонального профиля представляется актуальным исследование эндокринных показателей у детей и подростков, проживающих на конкретной территории, в частности на территории Архангельской области, для выявления региональных особенностей эндокринного статуса в регуляции процессов физического развития и полового созревания.

Подавляющее большинство гормонов обеспечивают регуляцию линейного роста ребенка и дифференцирование (созревание) органов и систем. К основным биологически активным веществам, влияющим на эти процессы, относятся изучаемые в нашем исследовании инсулин и кортизол.

Целью данной работы явилось изучение особенностей возрастной динамики уровней инсулина и кортизола в крови в процессе физического и полового развития у детей и подростков, проживающих в южных районах Архангельской области.

Материалы и методы

Обследовано 146 детей и подростков мужского пола в возрасте от

10 до 16 лет; все практически здоровые, без эндокринных нарушений, постоянно проживают в Коношском районе Архангельской области. В соответствии со стадиями полового развития по Tanner [8] обследуемые были разделены на четыре группы: I — препубертатный период,

11 — начало пубертата, первые проявления вторичных половых признаков, III и IV — вторичные половые признаки четко выражены.

* Работа выполнена при поддержке грантов Уральского отделения РАН 2004 и 2005 годов (постановления президиума УрО РАН от 15.01.04 № 1 —3 и от 13.01.05 № 1 —10) и администрации Архангельской области (№ 13—04/2004).

В сыворотке крови определяли уровень гормонов поджелудочной железы (инсулин) и коры надпочечников (кортизол). Кровь брали натощак утром из локтевой вены, центрифугировали, отбирали и замораживали сыворотку для дальнейших исследований. Гормоны определяли методом радиоиммунометрического анализа на автоматизированном комплексе «Наркотест» с применением наборов реактивов фирм «Immunotech» (Чехия), «Белорис» (Белоруссия). Исследовано 146 проб сыворотки крови. В качестве общепринятых пределов использованы диапазоны колебаний гормональных показателей для исследуемой возрастной группы [3] согласно инструкциям к наборам для ра-диоиммунометрического анализа гормонов.

У обследуемых были также определены антропометрические показатели — рост и масса тела.

Обрабатывали полученные результаты с помощью компьютерного пакета программ Statistica 5.5 («StatSoft», США) с учетом средних значений, стандартного отклонения (M + SD), минимальных и максимальных значений в выборках (min / max). Ввиду того что оценка соотношений генеральных дисперсий в большинстве сравниваемых выборок показала их неравенство, использованы непараметрические методы статистической обработки. Для проверки статистической гипотезы разности средних значений использовали ANOVA, метод множественных сравнений, критерий наименьшей значимости. Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Результаты исследования

Динамика изменения уровней исследованных гормонов в процессе полового развития представлена в таблице. Концентрация инсулина, достаточно высокая в препубертатном периоде, имеет тенденцию к снижению на начало пубертата, а по мере полового созревания прогрессивно увеличивается. При оценке уровня кортизола отмечено резкое статистически значимое снижение его к началу пубертатного периода, далее с возрастом концентрация гормона практически не менялась. Динамика изменений роста и массы тела выражалась статистически значимым их увеличением в процессе всего пубертатного периода.

Анализ частот распределения уровней гормонов выявил изменение размаха колебаний их концентраций с возрастом. Диапазон концентраций инсулина (рис. 1) смещается в сторону меньших значений от I до II стадии полового развития за счет уменьшения минимума и максимума концентраций гормона. К III стадии происходит некоторое сужение размаха колебаний за счет сдвига нижней границы диапазона в сторону больших значений. При этом отмечается увеличение количества как минимальных, так и максимальных значений в пределах указанного диапазона. В период выраженного проявления вторичных половых признаков границы размаха вновь расширяются за счет как увеличения максимума, так и уменьшения минимума значений, диапазон распределения смещается в большую сторону. Амплитуда колебаний уровней инсулина, подобно его средним значениям, уменьшается к началу пубертатного периода, а с возрастом вновь увеличивается.

Диапазон распределения концентраций кортизола (рис. 2) от препубертата к началу проявления вторичных половых признаков смещается в сторону меньших значений и расширяется за счет сдвига нижней границы в сторону минимальных значений, а верхней границы — в сторону максимальных. Третья стадия полового развития характерна сужением границ диапазона в полтора раза за счет уменьшения максимума значений. На IV стадии амплитуда колебаний кортизола возвращается к уровню начала пубертата, диапазон концентраций смещен к минимальным значениям, хотя расширение его границ происходит в основном за счет увеличения верхней границы.

Обсуждение результатов

Полученные данные свидетельствуют о том, что гормональная активность инсулярного аппарата поджелудочной железы, важнейшего регулятора межуточного обмена, весьма высока в препубертатный период. К моменту появления вторичных половых признаков усиленный рост организма требует повышенных концентраций анаболически действующего инсулина [1]. Этим можно объяснить относительное снижение его концентрации в крови и уменьшение

Динамика уровней инсулина и кортизола в процессе полового развития у мальчиков, проживающих

в южных районах Архангельской области

Гормон Стадия полового развития (по Tanner) Статистически значимое отличие между сравниваемыми группами

I II III IV

Инсулин, мкЕд/мл n M±SD min / max standard 20 9,48±3,10 4,81 / 19,00 <10 30 9,33±3,45 3,38 / 16,15 <12 23 10,07±4,26 4,13 / 17,87 <14 52 11,67±3,40 3,81 / 19,30 <14 р2=0,01 р3=0,006

Кортизол, нмоль/л n M±SD min / max standard 21 451,86±94,89 288,74 / 739,52 180 / 580 36 382,19±153,61 171,21 / 834,52 180 / 580 27 383,11±137,23 170,36 / 591,65 200 / 580 62 382,52±140,17 180,10 / 832,19 200 / 580 р1=0,02 р2=0,015

Примечания: расшифровку аббревиатур см. в разделе «Материалы и методы», standard — пределы содержания уровней гормонов по данным литературы [3]; статистически значимое отличие: p1 — I от II; p2 — I от IV; p3 — II от IV

Рис. 1. Распределение уровня инсулина в процессе полового развития у мальчиков, проживающих в южных районах Архангельской области: I, II, III, IV — стадии полового развития (по Tanner); по горизонтали — концентрация гормона (мкЕд/мл), по вертикали — число наблюдений; пунктирная линия — пределы содержания уровней гормона для умеренных широт; сплошная линия — ожидаемое нормальное распределение

Рис. 2. Распределение уровня кортизола в процессе полового развития у мальчиков, проживающих в южных районах Архангельской области: I, II, III, IV — стадии полового развития (по Tanner); по горизонтали — концентрация гормона (нмоль/л), по вертикали — число наблюдений; пунктирная линия — пределы содержания уровней гормона для умеренных широт; сплошная линия — ожидаемое нормальное распределение

диапазона распределения. Дальнейший пубертатный скачок происходит при накоплении критической массы пластического материала, необходимого для усиления стероидогенеза и переключения анаболизма на половые стероиды. Тканевый расход инсулина с этого периода, по-видимому, уменьшается и значимо возрастает его концентрация в сыворотке крови (см. таблицу).

Известно, что для нормального полового созревания необходим оптимальный среднесуточный уровень секреции кортизола [4]. По-видимому, значимое снижение его концентрации в крови к началу пубертатного периода тоже вызвано усилением расходования на процессы полового созревания. В исследованиях [2,

4, 7] также показано, что в препубертатном возрасте уровень кортизола в целом бывает выше, чем в половозрелом. В то же время эти авторы отмечают прирост данного показателя в процессе полового созревания. В нашем исследовании значения кортизола практически не изменялись с течением пубертата, что может являться неблагоприятным моментом для адаптационных и защитных реакций организма в этот период.

При сравнении диапазонов распределения инсулина и кортизола с пределами содержания их уровней, представляемых в справочной литературе [3], выявлены отличительные признаки. Кривая распределения уровней инсулина у изучаемой группы детей (см. рис. 1) на I стадии полового развития смещена вправо, более половины обследованных лиц на этой стадии имеют значения выше нормы. На II—IV стадиях полового развития распределение концентраций гормона хотя и смещается в меньшую сторону, но в основном его значения расположены у верхней границы нормы и почти в четверти случаев — выше ее. Распределение концентраций кортизола (см. рис. 2) в препубертатный период неравномерно и в трети случаев находится у верхней границы нормы и выше ее. В течение пубертата значения этого гормона сосредоточены в основном у нижней границы, а порой и выходят за границы минимальных значений пределов, представляемых в диагностических справочниках. Однако на II и IV стадиях полового развития отмечаются и маргинально высокие концентрации кортизола. Сужение диапазона колебаний и сдвиг вариабельности показателей кортизола в сторону меньших значений на III стадии полового развития предполагает, что в этот период рецепторный аппарат к данному гормону становится весьма чувствительным. Поэтому для достижения значимого эффекта действия кортизола достаточно меньших его концентраций.

Полученные данные свидетельствуют о наличии региональных особенностей содержания инсулина и кортизола в сыворотке крови у детей в течение пубертатного периода.

Выводы

1. В препубертатном периоде отмечена достаточно высокая гормональная активность инсулярного аппарата поджелудочной железы.

2. Особенностью вариабельности инсулина у мальчиков изучаемого региона является смещение в

сторону высоких значений в сравнении с пределами, характерными для регионов умеренных широт.

3. Диапазон колебаний кортизола смещается в сторону меньших значений с началом пубертатного периода и сужается на III стадии полового развития, что предполагает усиление рецепторной чувствительности тканей организма к этому гормону.

4. Процесс полового созревания у мальчиков южных районов Архангельской области требует определенного функционального напряжения коры надпочечников.

Список литературы

1. Касаткина Э. П. Современные аспекты роста и развития детей (эндокринная регуляция) / Э. П. Касаткина // Педиатрия. — 1995. — № 4. — C. 33—36.

2. Ситдиков Ф. Г. Соотношение гормонов коры надпочечников, роста и полового развития школьников / Ф. Г. Ситдиков, М. В. Шайхелисламова, И. Р. Валеев и др. // Физиология человека. — 2004. — Т. 30, № 3. — C. 140—142.

3. Таранов А. Г. Диагностические тест-системы (радио-иммунный и иммуноферментный методы диагностики) / А. Г. Таранов. — М. : Издатель Мокеев, 2002. — 288 с.

4. Тинников А. А. Роль гипоталамо-гипофизарно-над-почечниковой системы в регуляции полового развития / А. А. Тинников // Успехи современной биологии. — 1990.

— Т. 110, № 3 (6). — C. 419—429.

5. Ткачев А. В. Современные представления о влиянии климата Севера на эндокринную систему человека / А. В. Ткачев, И. М. Кляркина // Физиологические закономерности гормональных, метаболических, иммунологических изменений в организме человека на Европейском Севере.

— Сыктывкар : КНЦ УрО РАН, 1997. — C. 6—17.

6. Ткачев А. В. Эколого-физиологические особенности системы гипофиз — кора надпочечников — щитовидная железа / А. В. Ткачев, Е. Б. Раменская // Эндокринная система и обмен веществ у человека на Севере. — Сыктывкар : КНЦ УрО РАН, 1992. — C. 15—22.

7. Федоров Г. Н. Гормональные показатели подростков 12—16 лет / Г. Н. Федоров // Педиатрия. — 2004. — № 4. — C. 87—90.

8. Marshall W. A. Variations in the pattern of pubertal changes in boys / W A. Marshall, J. M. Tanner // Arch. Dis. Child. — 1970. — Vol. 75. — N 13. — Р. 23.

INSULIN AND CORTISOL CONTROL IN PHYSICAL GROWTH AND DEVELOPMENT OF BOYS IN ARKHANGELSK REGION

D. B. Demin

Institute of Environmental Physiology Ural Branch RAS, Arkhangelsk

The authors have studied insulin and cortisol dynamics and it’s correlation with physical growth and development in children and adolescents at the age 10—16 y.o. living in the south of the Arkhangelsk region depending on the stage of puberty. It has been revealed that in prepuberty, insulin activity of pancreas is higher. The range of insulin fluctuations was shifted in direction of bigger values in comparison with indices for children living in middle latutudes. In children living in the Arkhangelsk region, puberty process demands a functional strain of the corticoadrenal system. In prepuberty, receptor sensitivity of tissues to cortisol increases.

Key words: insulin, cortisol, puberty, physical development.