Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние гормональной активности щитовидной и поджелудочной желез на уровень глюкозы у человека на Севере

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кляркина, Ирина Михайловна, Архангельск

/V

- ^

Кч^

' /Г Л*

\,У

российская академия наук уральское отделение коми научный центр тшут физиологии

На правах рукописи

КЛЯР1ШНА Ирина Михайловна

влияние гормональной активности щитовиднои и поджелудочной желез на уровень глюкозы у человека

на севере

03,00,13. - физиология человекам животных

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата, биологических наук

1"АЙ

руководитель -доктор медицинских наук, проф© А. В. Ткачев

Архангельск 1999

СОДЕРЖАНИЕ

/и ' 1 ......-------— .........................« . . . «............ .,»,„... ......................................................-««.....

Глава!. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 12

1.1. Функципняльяые взаймодействия щшговидной и поджелудочной желез при: регуляции глюкозного гомеоетаза,..........................,,„12

1.2. Зколого- физисхяопгчеоше эффекты влияния условий Крайнего Севера на функпшо ншховшшой и

поджелудочной желез у человека.............................................................21

1.2.1, Функция' системы "гипофиз - ндатовидная железа"

у человека на Севере......0............................................................................ 23

1.2.2, Состояние поджелудочной железы и углеводного обмена

у человека на Севере...............................■....................................................30

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................35

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.....................................................43

3.1. Гормонально-метаболические взаимосвязи в динамике проведения нагрузочной пробы с рифахиротом у здоровых жителей г, Архангельска .............................................................................................................43

3.2. Динамика гормональных и метаболических показателей у шахтеров архипелага Шпицберген в завишмосш от .длительности проживания на Севере...........................................................48

33. Динамика, гормональных и метаболических показателей

у шахтеров архипелага Шпицберген в течение года..............................54

3.4. Влияние гормональной активности щитовидкой железы и шеулярного аппарата на метаболизм глюкозы

у полярников архипелага Шпицберген ................................................... 64

3.4.1. Гормонально-мсягаболичесзше взанмоотношшия у жителей высокоширотных регионов в зависимости от

продолжитсльксста проживания па Севере...........................................64

3,4.2, Идрканнуельна! динамика, гормонально-метаболическмх

взаимоотношений у жттей шсатшшратмых регионов....................71

3.43. Характеристика гормоналшо-метаболическвх

взаимодействий в организме человека в течение года..............................79

Хлева 4, ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ...................... 85

4.1... Влияние функциональной нагрузки рифагароишм на гормовайьыо-мшчабожчеошй статус у человека на Севере.................83

4.2. Перестройки углеводного обмена и его гормональной регуляции у человека после переезда в юшмато-

географическис условия высоких широт...............................................94

4.2.1. Влияние характера работы на общую адатштопиую реакцию на комплекс климато-географических

факторов Крайнего Севера.....................,........,.,,,....,.,.......................... 109

4.5. Динамика перестроек углеводного обмена и его гормональной регуляции у человека, в условиях

высоких широт в течение года.............................................................. 117

4.3.1. Влияние характера работы на. динамику гормонально-метаболических перестроек, в течение года..........................................126

4.3.2. Оценка гормонш1ШО-м€ггабшшческйЕХ взаимодействий

в организме полярников в течение года е позиций представления организма как. комплекса нелинейных систем........................... 128

ВЫВОДЫ.............................................................................................................134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................ 136

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................158

О хЖДЖ СОКРАЩЕНИИ

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота ГЛЮ - глюкоза ИНС - инсулин ЛАК - лактат

НАДФ - никота11амид-аде1Шн~дищ'клеотид-фосфат

НАДФ-Н - нжота1Щ^ед-аденш1-динуклеотид-фосфат восстановленный

11 --ОКС -11 -оксикегостероиды

ПИР - пируват

РНК - рибонуклеиновая кислота СТЗ - свободный трийодтиронин СТ4 - свободный тироксин с. т. ■■ северная широта ТЗ - трийодтиронин Т4 - тироксин

ТГГ - тиреотропный гормон ТРГ - тиротропин-рилизинг-гормон

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Изучение физиологических основ адаптации человека к природным факторам Крайнего Севера остается одним из приоритетных направлений современной экологической физиологии человека. Важность подобных исследований обусловлена необходимостью решения комплекса медико-биологических проблем сохранения здоровья человека в условиях высоких, широт.

К настоящему времени накоплен значительный материал, свидетельствующий о формировании специфического северного гормонального профиля с более напряженной функцией системы гипофиз-кора надпочечников, особенно у приезжих жителей (Казначеев,, Шорин, 1980; Раменская, 1992), снижением инсуяивхфодзщирующей функции поджелудочной железы (Панин с соавт. 1980), высокой степенью лабильности содержания тиреоидиых (Ряменская, ТКачев» 1989; Шварева» Бартощ, 1994) и подовых гормонов (Губкина» 1992, Антипина, 1995) в течение года. Несмотря на широкий круг исследований приспособительных изменений в различных звеньях эндокринной системы., многие аспекты адаптивных перестроек остаются спорными или недостаточно изученными. Одним из них является вопрос о роли тиреоидиых гормонов и инсулина в поддержании глюкозного гомеостаза у человека - важнейшей и наиболее чувствительном к действию различных экстремальных факторов среды функции организма.

Основной концепцией, касающейся метаболических перестроек у человека на Севере, является представление о переключений метаболизма с углеводного типа на лшшдаый на фоне относительного шперкортицизма и снижения концентрации инсулина в крови (Панин, 1978). Поскольку глюкоза относится к тем метаболическим субстратам, уровень которого в крови жестко регламентирован и в физиологических условиях никогда не падает ниже критических величин (Кшдыш, 1985), то изменения гормональной активности щито-

видной железы не могут но отражаться на шетомс обесценения глюкозног© гомеосгаза в организме. Известно, что к числу функций щитовидной железы относите!' регулжшя мета^болйчшшх сдвигов» доддерживающих адекватное энергообеспечение организма человека. При этом практически неизученными остаются: вопросы о направленности изменений тиреоидного статуса и обусловленных ими метаболических перестроек как при различных физиологических состояниях» так и при возмущающих воздействиях иа организм. Особенно это касается долговременных периодов адаптации к условиям Крайнего Севера.

Роль мпсулмма в регуляции метаболизма глюкозы при различных физиологических состояниях освещена широко, в то время как участие тиреоидных гормонов в этих процессах исследовано в основном яри патологических состояниях (тиреотоксикоз» гипо- и птергареоз). При этом значительная часть фактов противоречива и не дает точного представления о роли тиреоидных гормонов в регудшши метаболизма глюкозы у человека при адаптации к жестким климатическим условиям Крайнего Севера Остаются спорными вопросы значимости адаптивных изменений гормональной активности щитовидной к поджелудочной желез для- углеводного обмена у северян; характера взаимодействия тмреомдныж гормонов и инсулина при регуляции метаболизма глюкозы; соотношения интенсивности основных метаболических путей глюкозы у человека в югшатических условиях высоких широт.

В связи с этим, проведение детальных исследований взаимного влияния гормонов щитовидной железы, инсулина^ глюкозы, а также пирувата и лающи, как маркеров основных метаболических путей глюкозы представляется актуальным для понимания роли тиреоидных гормонов и инсулина в сложной цени физиологических процессов, обеспечивающих глюкозный гомеосгаз в организме человека, при адагггации к условиям Крайнего Севера.

ЦЕПЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы явилось выяснение влияния тиреоидиых гормонов и инсулина на метаболизм глюкозы у жителей высокоширотных регионов. Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. Дать оценку реакции щитовидной железьь инсулярного аппарата и показателей углеводного обмена (глюкоза, лактат, пируват) на функциональную нагрузку рифатироином у человека на Севере,

2. Изучить динамик}' содержания в крови инсулина» тиреоидиых гормонов, глюкозы, лактата и пирувата у приезжих жителей на различных этапах адаптащш- к условиям Крайнего Севера и в периоды года с контрастном продолжительностью светового дня.

3. Проанализировать динамику межгормон альных, гормонально-метаболических и межметаболических взаимосвязей в системе щитовидная железа - инсулярный аппарат - глюкоза, лактат, пируват у мигрантов с увеличением "северного стажа" и в периоды с контрастной фотопериодикой.

4. Выявить особенности гормонального обеспечения углеводного обмена у полярников с различным характером труда в зависимости; от длительности проживания на Севере.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Получены новые сведения об активных перестройках в системе гормонального обеспечения глюкозного гомеосгаза у человека в ответ на воздействие экстремальных природных факторов Севера Обнаружены особенности футщионального взаимодействия в системе гипофиз - щитовидная железа - инсулин и проанализировано их значение в регуляции метаболизма глюкозы при проведении нагрузочного тестирования щитовидной железы у постоянных жителей Севера Полученные данные расширяют общие представления о функциональной лабильности процессов гормонального обеспечения метаболизма глюкозы и механизмах

регуляции глкжозног© шмеосггаза у человека при адаптации к. комплексу кли-мато-геотрафических факторов высоких широт.

Полученные результаты показывают теоретическую возможность коррекции физиологических адаптащошшх реакций с целью поддержания стойкого состояния здоровья, а, следовательно, и высокой работоспособности у жителей Крайнего Севера.

Результаты настоящего исследования могут быть использованы врачами-эндокринологами для оценки гормонально-метаболического статуса и его резервных возможностей у северян.

Материалы исследований используются в лекционном курсе "Физиология адаптации'" (медицинский факультет) Петрозаводского государственного университета (акт внедрения от 24.11.98).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые на основании комплексных исследований гормональной активности щитовидной железы и инсулярного аппарата получены новые сведения об изменениях характера регуляции метаболизма глюкозы при воздействии на организм человека климато-географических факторов высокоширотных регионов.

Установлено, что переезд человека на Крайний Север сопровождается фазными перестройками эффективности обеспечения ппюкозного гомеостаза в организме гареоидными гормонами и инсулином. Обнаружено» что в периоды наиболее активных гормонально-метаболических перестроек, выявленных в первый месяц и к концу первого года пребывания в регионе, характер приспособительных изменений различен. Впервые показано., что первый месяц пребывания на Севере сопровождается ускорением процессов утилизации глюкозы на фоне более высокой концентрации инсулина. К концу первого года адаптации активируются процессы синтеза глюкозы, обусловленные относительным повышением тиреоидного контроля метаболизма глюкозы на фоне относительно сниженной гормональной активности инсулярного аппарата Впер-

вые продемонстрировано, что изменения гормональной активности щитовидной железы и инсулярного аппарата у человека в процессе адаптации к условиям Крайнего Севера приводят к перестройкам метаболизма глюкозы» не вызывая при этом нарушений глюкозного гомеосгаза.

Впервые установлено, что характер труда детерминирует пути гормонального обеспечения глюкозного гомеосгаза у приезжих жителей Севера. Метаболизм глюкозы у работников подземных служб (шахтеры-проходчики) протекает на фоне более высоких концентраций инсулина, чем у лиц с наземным характером труда (умственный и легкий физический труд), что указывает на необходимость гормонального обеспечения высокого уровня утилизации глюкозы при выполнении тяжелого физического труда.

Впервые показано, что щитовидная и поджелудочная железы, являясь взаимосвязанными звеньями, участвуют в резуляции глюкозного гомеосгаза у человека на Севере. Установлено, что уровень гормональной активности, характер и направленность взаимосвязей отличаются высокой степенью лабильности как в течение года* так и с увеличением продолжительности проживания на Севере. Это указывает на высокий уровень чувствительности и сбалансированности системы гормонального обеспечения глюкозного гомеосгаза в организме человека и свидетельствует об изменениях соотношения интенсивности основных метабшшческих путей глюкозы, а также о преобразовании процессов их гормональной регуляции у приезжих жителей Севера

Впервые, при проведении нагрузочного тестирования, установлен факт снижения функщюнальных резервов щитовидной железы у постоянных жителей Европейского Севера* на фоне которого, при стабильном уровне глюкозы, ее метаболизм сопровождается накоплением молочной кислоты. Выявленные изменения являются косвенными признаками участия тиреоидиых гормонов в регуляции углеводного обмена и свидетельствуют о напряжении в системе глюкозного гомеосгаза

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Тиреоидине гормоны наряду с инсулином принимают активное участие- в регуляции метаболизма глюкозы у человека, проживающего в климата-географических условиях Крайнего Севера

2. Колебания соотношений гормональной активности щитовидной железы и инсулярного аппарата, у человека в процессе долговременной адаптации к климато-географическим условиям высоких широт сопровождаются изменениями интенсивности метаболических путей глюкозы, не вызывая при- этом нарушений глкжозного гомеостаза.

3. Одним из направлений гормонально^метаболических перестроек в организме человека в условиях Крайнего Севера является активизация влияния тиреоидных гормонов на процессы биосинтеза глюкозы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 1-й Конференции молодых физиологов и биохимиков России (Санкт-Петербург, 1995), на научном семинаре в Институте медицинской биологии Университета г. Тромсе, (Норвегия, 1996), на научно-практической конференции "Факторы малой интенсивности - экология Европейского Севера" (Архангельск, 1996), на 5-м Международном Симпозиуме по спасательным мероприятиям в условиях холода (5th Cold Simposium on Rescue Operations in the Cold) (Кируна, Швеция, 1996), на 13-й Коми Республиканской молодежном научной крнференщш (Сыктывкар, 1997), на 3-м съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997), на IX Международном Соловецком форуме (Архангельск, 1997% на Конференции молодых ученых России с международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва, 199S), на XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано восемь работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертации изложено, на 159 страницах машинописи, содержит 12 таблиц и 8 рисунков.. Состоит из введения, четырех глав (I - обзор литературы, 2 - материалы и методы исследования, 3 - результаты собствешидх исследований» 4 - обсуждение результатов исследования), выводов и списка литературы,, включающего 110 работ отечественных и 96 работ зарубежных авторов.

Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю - заведующему отделом эколошческой физиологам человека Института, физиологии Коми НЦ УрО РАН, д.м.н., профессору А. В. Ткачеву, а также сотрудникам этого отдела; старшим лаборан:гам-мсследов8теля¥ А. Н. Золкмной к А., В. Внлегжа-ниной, научному сотруднику Ф. А. Бичкаевой, главному спюдаалисту по ста» тистической обработке А. И. Исаеву и ведущему программисту В. Б. Порядину за консультатшную и техническую помощь в выполнении настошцого исследования.

Глава. 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЩИТОВИДНОЙ И ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗ ПРИ РЕГУЛЯЦИИ ГЛЮКОЗНОГО ГОМЕОСТАЗА.

Известно, что в нормальных условиях жизнедеятельности организма глюкоза является основным энергетическим субстратом. При этом интенсивность метаболических путей глюкозы контролируется главным образом инсулином. Однако, общий биохимический "шшмат" глюкозного гомеостаза обеспечивается путем скоординированного взаимодействия многочисленных гормональных ж метаболических факторов. Среди них важную физиологическую роль играют гормоны щитовидной железы. Однако, большинство фактов, касающихся механизмов регуляторного действия тиреоидных гормонов на глю-козный гомсостаз, получено в основном при патологических состояниях (тиреотоксикоз, гто- или гипертиреоз).

Имеющиеся клинические и экспериментал