Циркадианные ритмы у детей пубертатного возраста: подходы и факты

ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

ЦИРКАДИАННЫЕ РИТМЫ У ДЕТЕЙ ПУБЕРТАТНОГО ВОЗРАСТА: ПОДХОДЫ И ФАКТЫ

Н.И. Орлова1, Т.С. Пронина ФГНУ Институт возрастной физиологии РАО, Москва

В работе представлены данные по изучению циркадианных ритмов температуры кожи детей 10-11 лет с применением метода «ТЕРМОХРОН iButton». Для исследования особенностей температурной динамики в дневной и ночной периоды цикла «сон-бодрствование» был проведен хронобиологический анализ индивидуальных и групповых показателей температуры кожи с определением основных биоритмологических параметров: мезора, амплитуды и акрофазы.

Ключевые слова: циркадианные ритмы, дети 10-11 лет, температура кожи.

Circadian rhythms in puberty: facts and approaches. The paper presents the results of the study of skin temperature circadian rhythms held on 10-11 year-old children, using the method of «THERMOCHRON iButton». To study the peculiarities of temperature dynamics in the daytime and nighttime periods of the "sleep-wake " cycle there was held a chronobiological analysis of individual and group indexes of skin temperature. Key biorhythmical parameters, such as average level, amplitude and acrophase, were identified.

Keywords: circadian rhythm, 10-11 year-old children, skin temperature.

И.П. Павлов утверждал, что в организме нет ничего более властного, чем ритм, выражающийся в ритмичности и периодичности физиологических процессов. Исследованиями ряда авторов [1; 4; 7] установлено, что многочисленные циклы организма человека, в частности ритмы состояний и функций ЦНС, системы анализаторов и двигательного аппарата коры больших полушарий мозга, температуры тела человека имеют суточную периодичность. Установлено, что человеческий организм представляет собой совокупность взаимосвязанных ритмов, среди которых особое место занимает суточный (циркадианный) - ритм сна и бодрствования, покоя и работоспособности [3; 8] т. е. суточный ритм является адаптивным ритмом.

В исследованиях, проведенных на школьниках 8-14-летнего возраста, В.П. Рыбаков и соавторы [14] установили, что суточный ритм отдельных психофизиологических и вегетативных функций с параметрами, характерными для взрослого организма, созревает в процессе онтогенеза постепенно. При этом становление ритма каждой функции происходит независимо от ритма другой функции и гетерохронно.

Температура тела является одним из интегративных показателей общего состояния организма, в том числе, его энергетического обмена и функционирования нейроэндокринной системы. Не случайно, этот показатель в хронофизиологии

Контакты: 1 Н.И. Орлова - E-mail: <nmalynx@Hstru>

называют "золотым стандартом", он просто и объективно определяет состояние организма [5; 13].

В настоящее время в литературе накоплен обширный материал по изучению суточной динамики процесса терморегуляции человека. Однако, исследования ритмов температуры тела в онтогенезе, в основном, касаются сравнения больших возрастных периодов: детского, зрелого и старческого [19; 20; 21].

Однако, температурный гомеостаз, также как и другие физиологические параметры имеет свои существенные особенности на различных этапах онтогенеза [5]. Поскольку детский организм характеризуется незрелостью отдельных структур, гетерохронностью развития, малым опытом социализации ребенка [16], а суточный ритм температуры тела является одним из адаптивных ритмов организма, представляется интересным проследить его формирование на разных этапах онтогенеза.

Целью настоящей работы явилось изучение циркадианных ритмов температуры кожи у мальчиков и девочек 10-11 лет.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

У 20 московских школьников (10 мальчиков и 10 девочек) 10-11-летнего возраста проводили мониторинг температуры кожи методом «ТЕРМОХРОН iButton» [10; 11; 12]. Суть метода заключается в измерении температуры (в градусах С) при помощи специально разработанной таблетки-термометра. В данном исследовании таблетку-термометр прикрепляли на верхнюю часть плеча тестируемых учащихся. Считывание полученных результатов с термометра-таблетки осуществляли через специальное крепежное приспособление к компьютеру и с применением специальной программы для «Термохрона». У каждого испытуемого на протяжении тестируемого времени было зарегистрировано 280-285 измерений (при 10-минутном интервале).

Для исследования особенностей температурной динамики в различные периоды суток, был проведен хронобиологический анализ индивидуальных и групповых показателей температуры кожи в различные периоды цикла «сон-бодрствование». Для этого сутки были условно разбиты на два периода: дневной - с 7 часов утра до 22 часов вечера, включающий время пребывания в школе и дома, и ночной - с 22 часов вечера до 7 часов утра. Полученные данные были обработаны с использованием Microsoft office excel 2007, Statistica версия 6.1. Оценка достоверности различий осуществлялась с использованием t-критерия Стьюдента (p<0,05).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно литературным данным [3; 8; 17] основными параметрами каждого биологического ритма являются период, мезор (средний уровень), амплитуда колебаний и фаза (акрофаза). Динамика мезора проявляется или в его подъеме или в его спаде. Мезор «отражает» так называемую центральную линию, вокруг которой происходят колебания физиологической функции на протяжении суток. Небольшие изменения мезора не связаны с неблагоприятными реакциями организма. Наиболее значимыми показателями суточного ритма являются амплитуда и фаза. Амплитуда циркадианного ритма является наиболее пластичным показателем и

одной из первых изменяется при воздействии различных факторов. Считается, что по величине амплитуды можно судить о продолжительности адаптационного процесса [15; 17].

Полученные данные свидетельствуют о том, что суточный мезор температуры кожи в группе девочек достоверно выше (р<0,001) данного показателя в группе мальчиков в первые сутки, а во вторые, напротив, средний уровень значимо выше (р<,001) у мальчиков, чем у девочек (табл. 1). Амплитуда колебаний циркадианно-го ритма температуры кожи у мальчиков существенно выше (р<0,001), чем у девочек, как в первые, так и во вторые сутки. Диапазон ее колебаний весьма значим и составляет в группе девочек 2,8°С и 2,3°С, а в группе мальчиков - 2,6°С и 2,5°С в первые и вторые сутки соответственно (табл. 2).

Таблица. 1

Средний уровень (мезор) и амплитуда колебаний температуры кожи детей 10-11 лет в течение 2-х суток

Время суток ^^^^ 1 сутки

Девочки

^^^^Число тестов мезор амплитуда Мезор амплитуда

День 34,0±0,03 3,4±0,06 34,4±0,04 3,7±0,05

N=633 N=633 N=732 N=732

Ночь 33,6±0,03** 3,6±0,03** 33,4±0,07*** 3,9±0,04*

N=530 N=633 N=530 N=732

Сутки 34,4±0,01 3,9±0,02 34,0±0,03 5,0±0,03

N=1163 N=1163 N=1262 N=1262

2 сутки

День 34,3±0,03 3,3±0,03 34,4±0,04 3,9±0,03

N=890 N=890 N=890 N=890

Ночь 33,4±0,04*** 3,7±0,03** 33,9±0,07* 4,2±0,04*

N=530 N=530 N=530 N=530

Сутки 33,9±0,01 4,3±0,02 34,2±0,04 4,8±0,02

N=1420 N=1420 N=1420 N=1420

Примечание: 1 В табл. 1 вероятные ошибки разности показателей между дневным и ночным периодами обозначены:* - Р < 0,05; ** - Р<0,01;*** - Р<0,001.

Сопоставление группового мезора температуры кожи в дневной и ночной периоды наблюдений показало, что у детей обоего пола средний по группе уровень температуры кожи за день достоверно выше (р<0,001) данного показателя за ночь, как в первые, так и во вторые сутки наблюдений (табл. 1). Причина данного факта, по-видимому, заключается в разной степени ритмической активности ЦНС в дневной и ночной периоды.

Полученные данные вполне согласуются с результатами исследований, выполненных на взрослых людях, в которых также отмечается снижение мезора температуры кожи ночью [5].

Таблица 2

Индивидуальные значения амплитуды суточного ритма температуры кожи у детей 10-11 лет в дневной и ночной периоды

№ испытуемых 1 сутки

Число тестов

Девочки Мальчики

День Ночь День Ночь

1 2,1 3,9 3,6 4,0

N=67 N=5,3 N=70 N=53

2 2,4 3,8 6,1 2,8

N=71 N=53 N=70 N==53

3 4,3 4,0 2,4 5,3

N=71 N=53 N=70 N=53

4 3,5 3,5 3,0 4,6

N=71 N=53 N=70 N=53

5 2,6 2,9 2,5 3,5

N=71 N=53 N=76 N=53

6 3,1 4,3 2,5 3,8

N=71 N=53 N=75 N=53

7 6,0 5,0 3,3 3,6

N=71 N=53 N=75 N=53

8 5,0 2,5 5,6 4,1

N=72 N=53 N=76 N=53

9 3,1 3,3 2,8 2,9

N=72 N=53 N=75 N=53

10 1,6 3,0 5,0 4,9

N=67 N=53 N=75 N=53

2 сутки

1 4,4 3,5 3,6 5,4

N=89 N=53 N=89 N=53

2 1,8 2,9 3,4 3,5

N=89 N=53 N=89 N=53

3 4,4 4,1 5,1 5,1

N=89 N=53 N=89 N=53

4 3,6 3,6 3,3 3,6

N=89 N=53 N=89 N=53

5 2,8 2,6 3,9 3,3

N=89 N=53 N=89 N=53

6 3,1 3,6 3,1 3,3

N=89 N=53 N=89 N=53

7 4,8 4,4 3,0 4,1

N=89 N=53 N=89 N=53

8 2,5 5,0 5,7 5,0

N=89 N=53 N=89 N=53

9 3,0 4,4 3,4 2,9

N=89 N=53 N=89 N=53

10 2,3 3,1 4,6 5,4

N=89 N=53 N=89 N=53

Сравнение по амплитуде колебаний ритма дневного и ночного периодов суток показало, что как у мальчиков, так и у девочек амплитуда температуры кожи ночью значимо выше (р<0,05-0,001), чем днем (табл. 1). Увеличение амплитуды колебаний температуры кожи в ночной период у детей на ранних этапах пубертатного процесса, вероятно, является отражением возрастного суточного дисбаланса и может свидетельствовать о повышенной чувствительности системы терморегуляции к влиянию эндо-и экзогенных факторов в цикле «сон-бодрствование». Кроме того, следует заметить, что высокая амплитуда колебаний температуры в ночной период (равная по величине амплитуде дневного, то есть активного периода) отражает большую активность гипоталамуса в некоторые периоды сна. Показано, что такое повышение температуры связано со стадией быстрого сна, эта стадия несколько раз сменяет стадию медленного сна [18].

В то же время в группе девочек диапазон колебаний амплитуды в большей степени зависит от времени суток, чем в группе мальчиков: у девочек 4,4°С днем и 2,5°С ночью в первые и 3°С днем и 2,4°С ночью - во вторые сутки наблюдений; у мальчиков - 3,6°С и 2,7°С днем и 2,5°С ночью (табл. 2). Полагают, что относительно большая амплитуда обеспечивает большую подвижность ритма и обуславливает более быстрое приспособление организма к разнообразным факторам среды [9].

Таким образом, величина амплитуды, по мнению ряда авторов [8; 15; 17] является одним из критериев адаптивных свойств организма и ее изменение в цикле «сон-бодрствование» необходимо учитывать при составлении режима дня школьника.

Изучение индивидуальных циркадианных ритмов температуры кожи цикла «сон-бодрствование» (рис. 1-2) наряду со сходными чертами выявило и ряд существенных отличий. Так 80 % девочек и 90 % мальчиков имеют пик повышенной температуры в период с 10.30 до 13 часов, а 100 % девочек и 50 % мальчиков - в интервале 16-19 часов, при этом продолжительность периода и время его начала и конца варьируют (рис. 1 -2). Поскольку оба эти периода совпадают с пиками умственной работоспособности [2; 8], то положение положительной акрофазы температуры кожи учащихся может служить одним из критериев адаптивного потенциала их организма.

В то же время анализ циркадианного ритма температуры кожи выявил у 40 % девочек и 50 % мальчиков отрицательную акрофазу температуры, во время школьных занятий (рис. 1 -2) что согласно литературным данным является одним из критериев низких функциональных возможностей детского организма [6].

Сопоставление значений амплитуды температуры кожи каждого из испытуемых в дневной и ночной периоды цикла «сон-бодрствование» показало, что только в 10 % случаев они практически одинаковы у девочек в течение двух суток, а у мальчиков - в течение одних суток (табл. 2). По данным С.И. Степановой [15] большая изменчивость суточных кривых (большая амплитуда ритма) может служить критерием быстрой приспособляемости организма новым условиям.

31,5 — 31 —

30,5 1 I I 41 I-------гтттттттттттттт-гт-I I I 41 I I II I I I I I I I I I-I I III I I I III II----ГП----I I I I I I III II I I II I----

Рис. 1. Образцы суточной динамики температуры кожи у девочек М.(10,5лет) и Ш. (11лет). По оси х - время суток; по оси у - температура в (°С).

Рис. 2. Образцы суточной динамики температуры кожи у мальчиков Т.(10лет) и К. (11лет). По оси х - время суток; по оси у - температура в (°С).

Следовательно, поскольку амплитуда циркадианного ритма является наиболее пластичным показателем и одной из первых изменяется при воздействии различных факторов, то изменение ее величины можно рассматривать как один из показателей адаптивных свойств детского организма, который необходимо учитывать при составлении режима дня ребенка.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что суточная динамика температуры кожи детей 10-11 лет носит ярко выраженный ритмический характер. Сравнение средних по группе величин мезора температуры кожи в дневной и ночной периоды наблюдений показало, что как у мальчиков, так и у девочек групповой уровень за день достоверно выше (p<0,001) данного показателя за ночь в течение двух суток наблюдений.

2. Показано, что суточный мезор температуры кожи в группе девочек достоверно выше (p<0,05-0,001) данного показателя в группе мальчиков в первые сутки, а во вторые, напротив, средний уровень значимо выше (p<,001) у мальчиков, чем у девочек. Амплитуда колебаний циркадианного ритма температуры кожи у мальчиков существенно выше (p<0,001), чем у девочек, как в первые, так и во вторые сутки.

3. Выявлено, что 80 % девочек и 90 % мальчиков имеют существенное повышение температуры кожи в период с 10.30 до 13 часов, и 100 % девочек и 50 % мальчиков - в интервале 16-19 часов, при этом продолжительность периода и время его начала и конца варьируют.

4. Величина амплитуды и положение положительной акрофазы циркадианного ритма температуры кожи детского организма могут рассматриваться в качестве критериев его адаптивных свойств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанян Н.А., Шабатура Н.Н. Биоритмы, спорт, здоровье. - М.: ФиС, 1989. - 208 с.

2. Антропова М.В. Физическое развитие подростков и их работоспособность. / М.В.Антропова // Физиология развития подростка. - М.: Педагогика,1988. - С. 158-184.

3. Ашофф Ю. Свободнотекущие и захваченные циркадианные ритмы /Биологические ритмы. - М., 1984. - Т. 1. - С. 54-69.

4. Волкова Л.В. Спектральные характеристики годичных ритмов психофизиологических свойств индивидуальности: Автореф. дис. ... канд. псих. наук. - Уфа, 1998. - 18 с.

5. Губин Д.Г., Губин Г.Д., Куликова С.В. Температура тела человека как проблема хронобиологии. - Циклы. Материалы Третьей международной конференции. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. - С. 31-39.

6. Доскин В.А., Куинджи Н.Н. Биологические ритмы растущего организма. - М., 1989. - 224 с.

7. Ефимов М.Л. Биологические ритмы и творчество. - Алма-Ата, 1990. - 167 с.

8. Колькюхунь П. Ритмы работоспособности // Биологические ритмы: Т.1. / Под ред. Ю. Ашоффа. - М.: Мир, 1984. - С. 389-408.

9. Моисеева Н.И. Временная среда и биологические ритмы / Н.И. Моисеева,

B.М. Сысуев. - Л..: Наука, 1981. - 128 с.

10. Программа: Thermo Chron. Revisor [Электронный ресурс]. www.elin.ru

11. Пронина Т.С., Рыбаков В.П. Особенности суточной динамики температуры кожи у подростков 13-14 лет, определяемой методом «термохрон» // Новые исследования по возрастной физиологии. - 2006. - № 1. - С. 14-21.

12. Пронина Т.С. Особенности циркадианного ритма температуры кожи у детей 8-9 лет и молодых людей. / Т.С. Пронина, В.П. Рыбаков // Физиол. человека. -2011 - Т. 37, № 4. - С. 1-7.

13. Путилов А.А. «Совы», «жаворонки» и другие: О наших внутренних часах и их влиянии на здоровье и характер. - Новосибирск, 1997. - 264 с.

14. Рыбаков В.П. Биологические ритмы ребенка / В.П. Рыбаков, Н.И. Орлова, Т.С. Пронина, Ю.Н. Чернышева, И.А. Момот // Физиология развития ребенка: теоретические и прикладные аспекты. - М.: Образование от А до Я., 2000. - С. 287-295.

15. Степанова С.И. Биологические аспекты проблемы адаптации. - М., 1986. -241 с.

16. Таболин В.А. Проблемы биологических ритмов детского организма / В.А. Табо-лин, Ю.Е. Вельтищев, Ю.А. Князев, В.Н. Малин // Суточные ритмы биологических процессов. - М., 1072. - С. 71-73.

17. Хильдебрандт Г., Мозер М., Лехофер М. Хронобиология и хрономедицина. Биологические ритмы. Медицинское применение / Под ред. Ф.И. Комарова,

C.И. Рапопорт. - М., 2006. - 144 с.

18. Шульговский В.В. Основы нейрофизиологии: Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Аспект Пресс, 2005. - 277 с.

19. Griggs SD. Overnight oscillations of rectal temperature / SD Griggs, DM Tap-pin, RP Ford, MP Wailoo // Arch. Dis. Child. - 1995. - V. 73, № 3. - P. 277.

20. Kenney W.L., Invited review: aging and human temperature regulation / W.L. Kenney, T.A. Munce // J. Appl. Physiol. - 2003. - Dec., V. 95, № 6. - P. 2598.

21. Petrofsky J. The influence of aging and diabetes on heat transfer characteristics of the skin to a rapidly applied heat source / J. Petrofsky, H. Lee, M. Trivedi., A.N.Hudlikar et al // Diabetes Technol. Ther. - 2010. - V. 12, № 12. - P. 1003-1010.