Обоснование
Здоровье населения северных территорий, в том числе репродуктивное, зависит не только от климато-географических факторов [1—3], но также связано и с группами населения, которые отличаются сроком проживания на северных территориях (аборигенное население, постоянно проживающие местные европеоидные жители и мигранты) [4—6]. Однако, несмотря на то, что в настоящее время сохраняются группы аборигенного населения, которые заняты в традиционных для Крайнего Севера отраслях хозяйства — оленеводстве и рыболовстве — большая часть аборигенного населения отошла от традиционного (кочевого) образа жизни и питания [7] и проживают в поселках, в связи с чем условия их жизни приближены к условиям жизни постоянно проживающего на Севере местного европеоидного населения. В свою очередь, есть много доказательств, что образ жизни и социальная среда обитания оказывают значительное влияние на регуляторные звенья гомеостаза организма [8—10]. Ранними исследованиями было показано более низкое содержание тестостерона и фоликулостимулирующего гормона (ФСГ) при повышении уровня лютеинизирующего гормона (ЛГ) у ненцев и местного русского населения Заполярья по сравнению со среднеширотной нормой [1]. Другие исследователи отмечают высокое содержание дофамина в периферической крови жителей Севера [11, 12]. Кроме того, известно, что на систему гипоталамус-гипофиз-гонады оказывает влияние дофаминергическая система [13], которая активируется в ответ на стрессовые условия [14]. Как правило, дофамин регулирует продукцию гормонов аденогипофиза: пролактина, соматотропина, кортикотропина [15]. Посредством прямого воздействия на D2-рецепторы лактотрофов передней доли гипофиза, дофамин способен подавлять базальный высокосекреторный тонус клетки [16]. Однако при значительно меньших концентрациях дофамина, чем те, которые необходимы для ингибирования секреции пролактина, он фактически стимулирует его выработку [17]. По вопросу взаимодействий дофамина и лютеинизирующего гормона некоторые авторы сообщают об ингибирующем влиянии дофамина на секрецию гонадолиберина, приводящему к снижению ЛГ [18], либо об отсутствии ингибирующего эффекта [19], о наличии его стимулирующего эффекта на выработку гонадолиберина [20], а также об отсутствии влияния [21]. Изменения в содержании периферических половых гормонов в экстремальной среде обитания служат чувствительным показателем функциональной напряженности и могут свидетельствовать о более ранних проявлениях нарушения их баланса, в связи с чем для более точной количественной характеристики гормональной активности применяется соотношение тестостерон/эстрадиол с условием одновременного их определения [22]. Дофамин оказывает модулирующее влияние на процессы фосфорилирования фермента ароматазы, участвующей в ароматизации тестостерона в эстрадиол [23].
Теоретический анализ литературы показывает, что наиболее частым объектом экспериментального исследования данной проблемы становятся позвоночные животные [19, 24], либо лица с диагностированными заболеваниями [25, 26]. Кроме того, исследования проводятся в основном в структурах головного мозга, а исследователи замечают, что описанные механизмы зависят от многих факторов, в том числе от уровня дофамина и состояния репродуктивной системы. Изучение возможного влияния дофамина на содержание половых гормонов у различных групп населения Севера поможет в разработке превентивных мероприятий, направленных на предотвращение рисков снижения репродуктивной функции у мужского населения Арктических территорий.
Цель исследования — изучение содержания половых гормонов при различном естественном уровне дофамина в крови у клинически здоровых мужчин трудоспособного возраста, постоянно проживающих на территории Арктической зоны РФ, как занятых оленеводством и ведущих кочевой образ жизни, так и лиц, проживающих в поселках.
Материал и методы
Проведено обсервационное одномоментное неконтролируемое исследование, в ходе которого обследовано 103 мужчины в возрасте от 22 до 60 лет (I и II период зрелого возраста), постоянно проживающих на территории Арктической зоны России. Выборку мужчин разделили на лиц, ведущих кочевой (42 аборигена-оленевода) и поселковый образ жизни (61 человек, проживающих в поселках — оседлые аборигены и местное европеоидное население, проживающее на Севере не менее чем в трех поколениях). Эти группы делили по уровню дофамина: I — с недетектируемыми уровнями дофамина в крови (0 нмоль/л); II — с референтными уровнями дофамина (до 0,653 нмоль/л согласно инструкции к тест-системе); III — со сверхнормативными уровнями дофамина (>0,653 нмоль/л). Из обследования исключались лица, имеющие эндокринные и сердечно-сосудистые заболевания, индекс массы тела выше или ниже нормы, отклонения в состоянии тестикул, а также злоупотреблявшие алкоголем и недавно перенесшие респираторные заболевания или стрессовые нагрузки.
В исследовании использовался материал, полученный в ходе экспедиционных работ в поселке Пинега Архангельской области (64,42° с.ш.), в муниципальном образовании (МО) Совпольское (65,17° с.ш.) и МО «Соянское» Мезенского района Архангельской области (65,46° с.ш.), в поселке Нельмин Нос Ненецкого автономного округа (67,58° с.ш.), в селе Се-Яха Ямальского района Ямало-Ненецкого автономного округа (70,10° с.ш.), в поселке Гыда Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа (70,53° с.ш.), в поселке Тазовский Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа (67,27° с.ш., 2016 г.). Обследования были проведены в одинаковый период года — во время увеличения продолжительности светового дня.
Физикальная диагностика врачом, на основании которой делался вывод о состоянии здоровья, и взятие крови осуществлялись в утренние часы (8.00 до 10.00) натощак из локтевой вены в вакуумные пробирки для получения сыворотки крови. Образцы цельной крови в вакуумной пробирке сепарировали методом центрифугирования в течение 10—15 мин при частоте вращения 1600—2000 оборотов в минуту. Собранную сыворотку помещали в микропробирки и хранили в замороженном состоянии до момента проведения анализа. С помощью автоматического анализатора ELISYS Uno («Human», Германия) иммуноферментным методом анализа определяли концентрации фолликулостимулирующего гормона (ФСГ, фоллитропин), лютеинизирующего гормона (ЛГ, лютропин), пролактина в сыворотке крови с применением тест-систем OOO «Хема» (Россия); концентрации прогестерона, дегидроэпиандростерон-сульфата, тестостерона в сыворотке крови с применением тест-систем ООО «Алкорбио» (Россия); концентрации эстрадиола, эстрона, свободного тестостерона в сыворотке крови с применением тест-систем фирмы «DRG» (США); содержание дофамина в плазме крови применением наборов фирмы «LDN» (Германия).
Исследовательская работа проводились с согласия волонтеров, при этом соблюдались нормы биомедицинской этики в соответствии с документом «Этические принципы проведения медицинских исследований с участием людей в качестве субъектов исследования» (Хельсинская декларация Всемирной медицинской ассоциации 1964 года с изменениями и дополнениями 2013 года). Обследованные лица заполняли анкеты и подписывали добровольное информированное согласие на участие в исследовании, которое было одобрено Комиссией по биомедицинской этике Института физиологии природных адаптаций ФГБУН ФИЦКИА РАН (протокол №2 от 04.11.16).
Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием компьютерного пакета прикладных программ Statistica 10.0 (StatSoft, США). Проверка характера распределения на нормальность проводилась с помощью критерия W-test Shapiro—Wilk’s, в результате которого был сделан вывод о том, что выборки не подчинялись закону нормального распределения и для проведения анализа использовались непараметрические методы статистики. В ходе проведения статистического анализа вычислялись медианы показателей (Me), интервал 10—90 перцентилей, проводилось сравнение групп с помощью U-test Mann—Whitney. Пороговое значение уровня значимости принималось равным 0,05. За нормативы принимали значения, указанные в качестве референсных в инструкциях к наборам.
Результаты
Среди кочующих аборигенов и поселкового населения процент лиц с недетектируемым уровнем дофамина в крови составил 11,9 и 8,2%, с референтным уровнем — 59,5 и 65,6%, со сверхнормативными значениями — 28,6 и 26,2% соответственно.
В результате статистической обработки был получен материал, анализ которого показал (см. таблицу), что при недетектируемых уровнях дофамина в крови (группа I) у кочевых оленеводов и поселкового населения регистрируются минимальные уровни ЛГ. Особенностью кочевых аборигенов в данной группе обследованных является то, что пределы колебаний содержания тестостерона смещены к верхней границе нормы, а индекс тестостерон/эстрадиол выше, по сравнению с поселковым населением.
Содержание гормонов при различных уровнях естественного дофамина в крови постоянных жителей Арктических территорий
| Показатель, единицы измерения | Кочевые аборигены-оленеводы | Некочевое население | p-уровень | ||||
| I — недетектируемые уровни дофамина (0 нмоль/л) | II — референтные уровни дофамина (<0,653 нмоль/л) | III — сверх- нормативные уровни дофамина (>0,653 нмоль/л) | I — недетектируемые уровни дофамина (0 нмоль/л) | II — референтные уровни дофамина (<0,653 нмоль/л) | III — сверх-нормативные уровни дофамина (>0,653 нмоль/л) | ||
| Me 10%; 90% | Me 10%; 90% | Me 10%; 90% | Me 10%;90% | Me 10%; 90% | Me 10%; 90% | ||
| Количество человек | 5 | 25 | 12 | 5 | 40 | 16 | |
| Дофамин, нмоль/л | 0 (0; 0) | 0,44 (0,23;0,62) | 0,78 (0,70; 0,90) | 0 (0; 0) | 0,43 (0,25; 0,62) | 0,77 (0,70; 0,99) | p1—2—3<0,001 p4—5—6<0,001 |
| ЛГ, МЕ/л | 3,30 (2,50; 5,70) | 5,66 (3,78; 9,92) | 6,49 (2,67; 11,03) | 3,81 (1,55; 4,96) | 5,28 (2,87; 11,00) | 6,08 (2,81; 16,45) | р1—2=0,0014 р4—5=0,04 p4—6=0,018 |
| ФСГ, МЕ/л | 6,20 (3,90; 9,00) | 5,73 (3,86; 9,76) | 5,34 (2,78; 16,67) | 6,66 (4,40; 7,35) | 6,18 (3,59; 10,23) | 5,82 (2,30; 48,71) | p>0,05 |
| Пролактин, нг/мл | 11,40 (8,80; 13,40) | 20,14 (7,44; 42,00) | 9,85 (5,24; 21,60) | 7,16 (5,37; 28,61) | 11,77 (6,98; 30,68) | 7,86 (4,87; 22,13) | p2—3=0,024 |
| Прогестерон, нмоль/л | 1,60 (1,20; 3,70) | 2,95 (1,06; 6,42) | 3,41 (1,20; 5,51) | 3,66 (0,80; 8,73) | 5,96 (2,94; 8,87) | 4,64 (3,30; 5,85) | p2—5=0,001 |
| Тестостерон, нмоль/л | 34,20 (28,10; 42,70) | 18,47 (1,15; 30,74) | 15,46 (12,82; 35,57) | 18,15 (12,40; 38,05) | 16,87 (8,52; 35,80) | 25,85 (1,98; 32,32) | p1—2=0,005 p1—3=0,04 |
| Тестостерон св., пг/мл | 11,60 (0,90; 15,00) | 13,87 (0,40; 20,00) | 10,17 (1,27; 17,05) | 13,12 (3,10; 17,78) | 14,31 (6,12; 21,12) | 13,25 (0,58; 20,00) | p>0,05 |
| Эстрадиол, нмоль/л | 0,10 (0,09; 0,16) | 0,20 (0,10; 0,30) | 0,20 (0,13; 0,20) | 0,20 (0,10; 0,50) | 0,20 (0,10; 0,25) | 0,20 (0,10; 0,30) | p1—2=0,009 p1—3=0,007 |
| ДГЭА-С, мкмоль/л | 6,00 (3,50; 6,10) | 6,09 (2,04; 10,54) | 3,63 (2,01; 12,28) | 5,49 (4,76; 7,80) | 6,03 (3,21; 8,82) | 6,22 (2,00; 13,75) | p>0,05 |
| Эстрон, пмоль/л | 248,97 (99,26; 422,47) | 336,50 (185,66; 544,50) | 427,05 (182,28; 1086,31) | 408,20 (294,41; 532,70) | 293,78 (104,43; 535,80) | 525,30 (238,30; 918,70) | p2—3=0,04 р5—6=0,003 |
| Тестостерон/эстрадиол | 312,00 (312,22; 474,44) | 90,83 (11,50; 205,10) | 110,43 (64,10; 273,62) | 132,00 (36,24; 190,25) | 98,52 (39,66; 210,84) | 131,95 (22,00; 321,10) | p1—4=0,012 p1—3=0,009 |
При наличии в крови референтных значений дофамина (группа II) у кочевых оленеводов увеличивается концентрация ЛГ, эстрадиола в крови со снижением уровня тестостерона относительно группы с недектируемыми уровнями дофамина. Схожая динамика по уровню ЛГ наблюдается и в группе поселковых жителей, однако при референтных уровнях дофамина концентрация тестостерона и эстрадиола у них не изменяется, но отмечается повышенный в два раза относительно кочевых аборигенов уровень прогестерона. Референтные уровни дофамина соотносятся с более высокой частотой содержания повышенного уровня пролактина у кочевого населения (32% лиц относительно 15% у поселкового, p=0,05) и прогестерона у поселковых жителей (66% лиц относительно 27% у кочевого, p=0,003).
При нарастании в крови дофамина сверх обозначенной нормы (группа III) у кочевых аборигенов снижается концентрация пролактина относительно высокой частоты его повышенных значений при референтных уровнях дофамина и регистрируется увеличение концентрации эстрона. Как и в случае с референтными уровнями дофамина, в III группе регистрируется снижение уровней тестостерона и нарастание содержания эстрадиола при снижении индекса тестостерон/эстрадиол относительно лиц с недетектируемыми уровнями дофамина. У поселкового населения при сверхнормативных уровнях дофамина отмечается нарастание уровня эстрона относительно группы II до уровня, превышающего норму (156—469 пмоль/л). Частота выявления высоких его значений в III группе относительно II вырастает с 30 до 62% (p=0,04).
Различие в уровнях дофамина и образе жизни не выявило особенностей динамики концентрации ФСГ, свободного тестостерона, ДГЭА-С.
Обсуждение
В работе показаны изменения уровней половых гормонов с учетом различных уровней дофамина в периферической крови у населения Севера, ведущего кочевой и оседлый образ жизни. При нарастании содержания дофамина в периферической крови регистрировали увеличение уровня ЛГ, возможно, как результат механизма обратных связей в системе гипоталамус-гипофиз-гонады при снижении индекса тестостерон/эстрадиол и уровня пролактина и нарастании содержания эстрона. Более выраженные изменения со стороны репродуктивных гормонов, связанные с уровнем дофамина в крови, были показаны среди кочевого аборигенного населения по сравнению с поселковым населением, что может служить как показателем адаптации аборигенного населения, сохранившего традиционный уклад жизни, так и прогностическим маркером неблагоприятных тенденций в изменении уровней половых гормонов.
Ранее нами были показаны параллельные изменения содержания в крови дофамина и гормонов гипофизарно-тиреоидной системы с отсутствием ингибирующего эффекта сверхнормативных уровней дофамина на тиреотропин у постоянных жителей Арктических территорий [27]. Отсутствие ингибирующей реакции сверхнормативных концентраций дофамина на некоторые гормоны передней доли гипофиза так же отмечается в данной работе. Наблюдается постепенное увеличение уровня ЛГ с повышением концентрации дофамина в крови, что характерно для обеих групп вне зависимости от образа жизни. Существующие в литературе исследования говорят об ингибирующем действии дофамина на секрецию гонадолиберина в аркуатных ядрах, приводящим к снижению уровня ЛГ в крови [28]. Отдельные эксперименты, проведенные на самках крыс, указывают на отсутствие ингибирующего эффекта дофамина на лютропин [19]. Резюмируя, можно сказать, что противоречивость результатов исследований влияния дофамина на гормоны аденогипофиза в мировой литературе объясняется различными исходными данными, условиями и изучением центральной дофаминергической системы, в то время как наша работа направлена на изучение естественного уровня периферической дофаминергической системы. В связи с этим, можно констатировать факт наличия сонаправленного увеличения концентраций дофамина и лютропина в кровяном русле у постоянных жителей Арктических территорий, что регистрируется на фоне снижения уровня тестостерона у кочевых аборигенов и повышения содержания эстрогенов и может также указывать на обратную связь в системе гипоталамус-гипофиз-гонады.
Можно сделать предположение, что отсутствие или недетектируемое содержание дофамина в крови является следствием повышенного использования катехоламинов в условиях развертывания общего механизма адаптации организма жителей Севера. В этих случаях наблюдается их высокая мобилизация в виде значительного уровня адреналина и норадреналина [12]. Особенностью кочевых аборигенов при отсутствии дофамина в крови стало наличие более высокого индекса тестостерон/эстрадиол и смещение пределов колебаний тестостерона к верхним границам нормы. Повышение уровня тестостерона у мужчин, согласно теории Л.Х. Гаркави и соавт. [29], служит признаком реакции активации при адаптации к условиям дискомфортной среды, что проявляется в активизации синтетических процессов, которые проистекают под гормональным контролем коры надпочечников, в частности тестостерона как продукта стероидогенеза [29]. Известно, что дофамин может напрямую оказывать влияние на процессы фосфорилирования ароматазы, основного фермента, участвующего в ароматизации тестостерона в эстрадиол [23], при этом высокий индекс тестостерон/эстрадиол и низкие уровни эстрадиола могут объясняться снижением активности ароматазы при недетектируемых уровнях дофамина в крови.
Эффект усиления синтеза ароматазы проявляется у кочевого населения при референтных значениях дофамина в крови повышением концентрации эстрадиола, при сверхвысоких уровнях дофамина в группе кочевого и поселкового населения — повышением концентрации эстрона, являющегося промежуточным участником метаболизма стероидных гормонов. Кроме того, при усилении ароматизации тестостерона при референтных и сверхнормативных уровнях дофамина снижаются уровни тестостерона и индекс тестостерон/эстрадиол, что выражено у кочевого населения. Следовательно, усиление ароматизации тестостерона при повышении уровней дофамина может являться причиной увеличения концентрации ЛГ в группах с референтным и сверхнормативным уровнем дофамина, а высокие уровни эстрона являться маркерами адаптационных реакций, выявленных на фоне увеличения уровней дофамина, у мужчин Севера. Повышение уровней эстрогенов у мужчин можно рассматривать в качестве компенсаторной реакции, направленной на усиление активности гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы [30], в то время как снижение уровней тестостерона, скорее всего, является платой за адаптацию к неблагоприятным факторам среды.
Возможно, резервы прогестерона, являющегося предшественником не только половых стероидных гормонов, но и гормонов стресса, у кочевых оленеводов, испытывающих больший стресс из-за долговременного нахождения на открытом воздухе в гипокомфортных условиях, не столь высоки, как у некочевого населения, у которого при референтных уровнях естественного дофамина значения прогестерона превышают норму.
Исследования показывают, что эффекты дофамина на синтез пролактина зависят от его уровня, так сообщается, что дофамин связывается с дофаминовыми рецепторами 2-го типа, которые функционально связаны с мембранными каналами и G-белками, и подавляет синтез и внутреннюю секреторную активность лактотрофов гипофиза [9], однако при меньших уровнях дофамин стимулирует секрецию пролактина [10]. В этом контексте наше исследование подтверждает наличие ингибируюшего эффекта в группе кочевых аборигенов, так как при наличии сверхнормативных уровней амина в крови уровень пролактина снижается в два раза относительно группы с референтным содержанием дофамина.
Ограничения исследования
Сходство образа жизни и проживание в одних и тех же поселках позволило нам объединить в группу поселкового населения мужчин как аборигенов, ведущих оседлый образ жизни, так и местных европеоидных жителей, проживающих на Севере в нескольких поколениях. Однако, в дальнейшем, предполагается изучение изменений уровней половых гормонов с учетом уровней дофамина в крови у 3-х групп населения: кочевые аборигены, оседлые аборигены, местное европеоидное население.
Выводы
Данные литературы свидетельствуют о разнонаправленном влиянии дофамина на секрецию гонадотропинов, пролактина и его воздействии на усиление процесса ароматизации тестостерона в эстрадиол [13]. Однако, в основном, это исследования, проведенные на животных и носящие экспериментальный характер [19, 24] или клинические испытания, проведенные на лицах с диагностированными заболеваниями [25, 26]. Кроме того, обследования проводятся чаще всего в структурах головного мозга, а исследователи замечают, что описанные механизмы зависят от многих факторов, в том числе от состояния репродуктивной системы и уровня дофамина. На практически здоровых лицах, особенно проживающих на территориях Севера, где у мужского населения наблюдаются признаки минимизации функциональной активности системы гипоталус-гипофиз-гонады [1], а уровни дофамина повышены [11, 12], проблема влияния периферического дофамина на содержание половых гормонов мало изучена.
Нами показано, что увеличение уровня периферического дофамина в крови сочетается с нарастанием уровней лютропина. Однако так как мы рассматриваем дофамин периферической крови, скорее всего, мы имеем дело с компенсаторным увеличением уровней ЛГ в ответ на снижение индекса тестостерон/эстрадиол в связи с усилением ароматизации тестостерона. Снижение индекса тестостерон/эстрадиол может быть адаптационным механизмом, направленным на повышение уровней эстрогенов, роль которых в организме многогранна, в том числе в поддержании функции щитовидной железы, значение которой на Севере велико. Следует отметить, что ярким маркером среди эстрогенов выступает эстрон, значения которого при сверхнормативных уровнях дофамина превышают нормативные значения. Снижение уровней тестостерона при нарастании дофамина в крови, что особенно показано у кочующих аборигенов, вероятно, следует рассматривать как плату за адаптацию, которая может приводить к снижению репродуктивного потенциала у населения Арктики.
Источник финансирования. Работа выполнена в соответствии с планом ФНИР ФГБУН ФИЦКИА РАН по теме «Выяснение модулирующего влияния содержания катехоламинов в крови на гормональный профиль у человека и гидробионтов Европейского Севера» (номер гос. регистрации АААА-А19-119120990060-0, тема ФНИР №0409-2019-0025).
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — В.А. Аликина, Е.В. Типисова
Сбор и обработка материала — В.А. Аликина, Е.В. Типисова, И.М. Молодовская, А.Э. Елфимова
Статистическая обработка материала — В.А. Аликина
Написание текста — В.А. Аликина, Е.В. Типисова
Благодарности. Авторы выражают благодарность сотрудникам ГКУ ЯНАО «Научный центр изучения Арктики» (Салехард) д.м.н. Лобанову А.А., к.м.н. Попову А.И., к.м.н. Андронову С.В., Кочкину Р.А. за помощь в организации сбора биологического материала на территории Ямало-Ненецкого автономного округа Российской Федерации.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.