МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ Бойко Евгений Рафаилович ФГБУН Институт физиологии. - презентация

1 МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ Бойко Евгений Рафаилович ФГБУН Институт физиологии ФГБУН Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар Архангельск, 4 декабря 2012 г.

2 Раздражители, оказывающие влияние на организм человека на Севере Контрастная фотопериодика; Контрастная фотопериодика; Холодовой фактор, усугубляемый ветром и влажностью; Холодовой фактор, усугубляемый ветром и влажностью; Гелио- геофизические факторы; Гелио- геофизические факторы; Особенности рациона, микро- и макроэлементный состав пищи и воды; Особенности рациона, микро- и макроэлементный состав пищи и воды; Социальный и психологический стресс; Социальный и психологический стресс; Бедность ландшафта и цветовой гаммы; Бедность ландшафта и цветовой гаммы; Антропогенные факторы; Антропогенные факторы;

3 Несистематический фактор Систематический фактор Несистематический фактор *

4 Учитывая непрерывный характер воздейст- вия раздражителей на организм человека, необходимо выделять отдельные группы населения Севера, различаюшиеся харак- тером адаптивных перестроек в организме. (Авцын, соавт., 1985; Казначеев, 1980) Коренное население Коренное население 1. Аборигены Севера – из числа т.н. малочисленных народностей, 1. Аборигены Севера – из числа т.н. малочисленных народностей, 2.«большие северные народы» - коми, якуты. 2.«большие северные народы» - коми, якуты. потомки пеpеселенцев, мигpантов - т.е. лица, pодившиеся на Севеpе, их условно называют «местные pусские». потомки пеpеселенцев, мигpантов - т.е. лица, pодившиеся на Севеpе, их условно называют «местные pусские». Мигранты Мигранты В зависимости от северного стажа В зависимости от северного стажа года; года; 3-8 (15) лет; 3-8 (15) лет; более 15 лет; более 15 лет;

5 Подходы к изучению процессов жизнедеятельности человека на Севере 1. добровольцы –практически здоровые лица подвергаются воздействию факторов - например охлаждению в температурных камерах при разных температурах 1. добровольцы –практически здоровые лица подвергаются воздействию факторов - например охлаждению в температурных камерах при разных температурах 2. к однократному (как правило) воздействию низких температур присоединяется иное, стандартизованное воздействие - например, физическая нагрузка. 2. к однократному (как правило) воздействию низких температур присоединяется иное, стандартизованное воздействие - например, физическая нагрузка.

6 3. наблюдение производится в ходе «field operations», когда группа людей некоторое время находится в условиях проживания в природных условиях. В этой ситуации имеет место комбинированное воздействие холодового фактора, физической нагрузки, которые периодически повторяются, хотя, общая длительность самого эксперимента, как правило, не превышает нескольких недель или месяцев. 3. наблюдение производится в ходе «field operations», когда группа людей некоторое время находится в условиях проживания в природных условиях. В этой ситуации имеет место комбинированное воздействие холодового фактора, физической нагрузки, которые периодически повторяются, хотя, общая длительность самого эксперимента, как правило, не превышает нескольких недель или месяцев.

7 4. анализируются данные годичного цикла наблюдения. Как правило речь идет о наблюдениях зимовщиков в Антарктиде. 4. анализируются данные годичного цикла наблюдения. Как правило речь идет о наблюдениях зимовщиков в Антарктиде. 5. Проведение эпидемиологических одномоментных обследований северян. 5. Проведение эпидемиологических одномоментных обследований северян. 6. Мониторирование и наблюдение групп населения Севера в рамках пилотных исследований постоянно или достаточно длительно (несколько лет). 6. Мониторирование и наблюдение групп населения Севера в рамках пилотных исследований постоянно или достаточно длительно (несколько лет).

8 При многомесячном мониторинге функциональных показателей участников проекта «Марс-500» на Севере России с использованием аппаратно- программного комплекса «Экосан-2007» у большинства практически здоровых лиц в отдельные периоды обследования выявлены донозологические состояния организма. Важные новые данные

9

10 Для понимания сути происходящего в организме человека на Севере, при формировании «полярного метаболического типа», понимания особенностей функционирования тканевых метаболических путей в организме северян принципиально важно определить что является «ключевыми элементами» - точками отсчета в последующих событиях разворачивающихся в организме человека. Эта дискуссия ведется в настоящее время как на молекулярно-клеточном уровне, так и на клеточно- тканевом и организменном уровне.

11 1. Ключевой элемент в разворачивающихся физио- логических, метаболических и нейроэндокринных перестройках у человека в условиях Севера это необходимость обеспечения и поддержания на организменном уровне эффективных поставок: - глюкозы; - свободных жирных кислот; а также их поставок в периферические ткани соответственно меняющимся условиях существования (Север) на надлежащем уровне

12 2. Вторым ключевым элементом являются изолированные эффекты внешних раздражителей, которые приводят к частным «возмущениям» в отдельных метаболических путях, физиологических системах и отдельных звеньях нейроэндокринной системы, которые в условиях Севера имеют системный или несистемный характер, и не влияют напрямую на механизмы поддержания баланса ГЛЮ/СЖК, однако опосредованно могут уменьшать лимиты реагирования поддерживающих систем.

13 3. Предметом отдельного обсуждения является активизация процессов свободнорадикального окисления у жителей Севера на которых я позволю себе только упомянуть и подробно не останавливаться в данном сообщении поскольку на конференции был представлен прекрасный доклад профессора Архипенко Ю.В.

14 Активность глутатионпероксидазы эритроцитов у молодых мужчин-северян и жесткость погоды ***p

15 Уровень глюкозы в периферической крови мужчин-северян в марте Мигранты - северный стаж аборигены Бойко, 2005

16 Динамика общей заболеваемости ожирением всех возрастных групп населения, проживающего на территориях Европейского Крайнего Севера и приравненных к нему территориях в гг.() Бабенко ЛГ, Бойко ЕР, 2010

17 Динамика общей заболеваемости сахарного диабета II типа среди всего населения, проживающего на территориях европейского Крайнего Севера и приравненных к ним территориях в Республике Коми с 1996 г. по 2006 г. ()

18 1.1.Проблемы инсулярной регуляции снижение базального синтеза Инсулина -«диабет напряжения Л.Е.Панина» на фоне активации синтеза глюкокортикоидов (1.2.) и катехоламинов (Степанова 1985; Догадин 1993; Бойко, Ткачев 1994); снижение чувствительности рецепторов к ИНС в условиях холода (Vallerand, Jacobs,1984, 1992); очень «легкое» развитие СД 2 типа у аборигенов Севера (Young et al, 1994) ;

19 1.2. Взаимоотношения в системе контринсулярных гормонов мы рассмотрим далее на примере только системы гипофиз-щитовидная железа

20 1.3. Проблемы гормональной рецепции Проблема фосфолипидного компонента мембран – дефицит у жителей Севера холинсодер- жащих фосфолипидов (Бойко, Бичкаева, 2001); Причины – активация процессов СРО у северян, дефицит холина –витаминоподобное соединение); Проблемы реализации эффекта (?) внутриклеточных «вторичных вестников» ;

21 1.4. Проблемы глюконеогенеза Показано, что у аборигенного населения Севера преимущественным субстратом глюконеогенеза служат аминокислоты; У разных групп жителей Севера отмечена отчетливая склонность к развитию гиперлактатемии даже в покое (в том числе и сезонной) ;

22 Особое место в условиях Севера занимает система гипофиз-щитовидная железа в связи с тем, что именно с участием тиреоидных гормонов продуцируемым щитовидной железой - Т3 и Т4 связываются процессы теплопродукции и потребления кислорода в покое.

23 Ткачев Анатолий Владимирович

24 надпочечник 2 - щитовидная железа 3 - эпифиз Неадаптированный организмПолярный адаптивный метаболический тип 8-15 лет 1. Раннее старение; 2. рост заболеваемости; 3. хронизация болезней; 4. ……… 1. Раннее истощение репро- дуктивной функции; 2. ограничение лимитов реаги- рования на раздражители; 3. …… мигрантабориген Бойко и соавт., 2005 г.

25 Показано (Leppaluoto, 88) что гипоталамо- гипофизарная система у взрослого человека нечувствительна к кратковременным холодовым воздействиям потому что снижение температуры ядра тела у взрослых людей может быть не столь отчетливо. Это касается ситуации, когда температура ядра тела в экспериментах снижалась на 0,4-0,9tC. При более сильном кратковременном охлаждении человека (10 мин в холодной воде +12tC – температура барабанной перепонки понижалась на 1tC) отмечался двухкратный прирост уровня сывороточного ТТГ.

26 Анализ литературы свидетельствует, что роль ТГ при длительных холодовых воздействиях остается все еще недостаточно изученной (Silvestri, Laurberg, 2005), а механизмы стимулирования адаптивного термогенеза у разных видов животных могут иметь отчетливые различия, а материалы полученные на лабораторных животных не отражают ситуацию у других видов и особенно у человека (Leppaluoto, 2005).

27 Так, повышение уровня Т3 и Т4 было установлено у лиц работающих на открытом воздухе в зимнее время по сравнению с теплым периодом года [Nagata, 1976], и сформировалась концепция, что ось гипофиз-щитовидная железа напрямую активизируется в холодный период года. С другой стороны, в целом ряде сообщений было отмечено, что у здоровых людей сывороточный уровень Т4 был неизменный во все сезоны года, тогда как уровень сывороточного ТТГ, выработка которого регулируется гипоталамическим ТРФ выше в зимнее время [Harrop, 1985].

28 Особое место занимает цикл работ L. Reed и соавт.( ) изучавших метаболизм ТГ в условиях антарктической зимовки. Было показано, что к 44 неделе зимовки содержание свободного Т3 и Т4 достоверно снижалось на фоне стабильного содержания ТТГ, общего Т3 и Т4, увеличивалась продукция Т3 и его выделение, скорость распределения. Авторы назвали этот феномен как «полярный Т3 сидром» (1990), и полагают, что изменения связаны с периферическим метаболизмом, а не изменениями гипофизарной рецепторной чувствительности.

29 В первом своем сообщении (1988) авторы предполагали, что понижение уровня сывороточных ТГ происходило вследствие увеличения их использования вследствие холодового воздействия. Обобщая в целом полученных в своих исследованиях материал авторы в итоге заключают, что выявленные ими перестройки функциональной активности щитовидной железы обусловлены биохимическими, физиологическими и психоэмоциональными изменениями, которые ассоциированы с «полярным Т3 синдромом» (Reed at al, 2001).

30 Содержание общего Т3 у полярников в высоких широтах с разной длительностью северного стажа

31 Уровень ТТГ при нагрузке тиролиберином у мужчин-северян в зимнее время года (Ненецкий АО, март)

32 Содержание Т3 и Т4 в плазме крови у северян в течение года ОбратнаясвязьОбратнаясвязь гипоталамус гипофиз щитовидная железа кровеносное русло Пул Т3/Т4 свободные Т3/Т4 общий Т3Т4 свободный Т4Т3

33 Концентрация ТТГ в плазме у северян ОбратнаясвязьОбратнаясвязь гипоталамус гипофиз щитовидная железа кровеносное русло Пул Т3/Т4 свободные Т3/Т4 мкМЕ/мл Коэффициент жесткости погоды и температуры наружного воздуха в 6 ч утра Жесткость погоды Температура, t o C норма ТТГ - 0,23-3,4 мкМЕ/мл февраль

34 Нами показано, что у северян потребление кислорода напрямую не связано с температурой окружающей среды (В.Г.Евдокимов, 2005); У человека адаптивный ответ системы гипофиз – ЩЖ реализуется в две фазы/этапа (а если воздействие запредельное – может быть и одна фаза).

35 Это проявляется в том, что длительное нахождение на открытом воздухе приводит к активации конверсии связанных форм ТГ в свободные (особенно Т4), и не затрагивает центральное звено системы. Для открытия этого эффекта должны быть созданы соответствующие условия эксперимента. Центральное звено системы включается при достижении определенной дозы действия внешнего фактора.

36 Содержание апоЕ у жителей европейского Севера при нормо- и гипертриглицеридемии гипертриглицеридемия апоЕ, мг/дл нормолипидемия Среднее25%-75% процентилиMin-Max * Примечание: * - различия по сравнению с нормолипидемией значимы при p

37 Процентное соотношение лиц с показателями апоЕ ниже, выше и в пределах норматива у жителей европейского Севера мужчиныженщины апоЕ в пределах норматива апоЕ ниже норматива апоЕ выше норматива * Физиология человека, 2010, Т 36, 2. С

38 Содержание триглицеридов у жителей европейского Севера в зависимости от различного относительно норматива содержания апоЕ при нормальных и высоких значениях активности ГГТ. ** Примечание: **- различия по сравнению с другими группами значимы при p

39 Дефицит микронутриентов; Дисбалансы рациона; Проблемы рациона северян:

40 Дисбалансы рациона; - нарушение соотношения макронутриентов в рационе; - повышение доли потребляемых жиров (более1г/кг) при невысокой физактивности; - повышенное употребление высококалорийных неполноценных «растительных жиров»; - снижение доли потребляемых углеводов;

41 Доля лиц в популяции жителей европейского Севера, имеющих дефицит тиамина (В1) по показателям ТДФ-эффекта (Бойко и соавт, 2004) женщины мужчины

42 Доля лиц в популяции жителей европейского Севера, имеющих дефицит рибофлавина по показателям ФАД-эффекта женщины мужчины

43 Дефицит жирорастворимых витаминов у северян Нарастает, особенно последние 6-8 лет. Нарастает, особенно последние 6-8 лет. Доля лиц с с дефицитом витаминов А и Е достигает 40-55% (хотя этот дефицит очень часто умеренный). Доля лиц с с дефицитом витаминов А и Е достигает 40-55% (хотя этот дефицит очень часто умеренный). Ситуация с содержание витамина Е более неблагоприятная. Ситуация с содержание витамина Е более неблагоприятная.

44 Дисбаланс потребления жителями Республики Коми основных пищевых веществ - белки - жиры - углеводы

45 Предпочтения старшеклассников Республики Коми в выборе жиров/масел («Чем вы обычно заправляете салат?») - растительным маслом -- сметаной -- майонезом

46 Уровень общих жирных кислот плазмы крови у жителей европейского Севера * p

47 Профиль классов жирных кислот плазменных липидов крови мужчин г.Сыктывкара относительно среднеширотного норматива Сумма насыщенных ЖК Сумма мононенасыщенных ЖК Сумма полиненасыщенных ЖК

48 Содержание мононенасыщенных жирных кислот плазменных липидов крови у различных групп жителей европейского Севера значимость различий в группе оленеводов, по сравнению с мужчинами г.Сыктывкара - **p

49 Специфика действия МНЖК в общих липидах плазмы крови у жителей европейского Севера относительно среднеширотного норматива %

50 Содержание ненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в сливочных маслах различных производителей на рынке г.Сыктывкара

51 Крайний север, Благодарю за внимание р.Ижма