Состояние окружающей среды характеризуется значительным увеличением антропогенного загрязнения, которое наносит ущерб здоровью человека. Накопление ксенобиотиков в организме вызывает ряд изменений гомеостаза. Ранее нами были выявлены [1] нарушения суточной динамики показателей зрительно-моторной реакции и вариабельности сердечного ритма во время дневного бодрствования в Невинномысске Ставропольского края (регион с повышенным загрязнением окружающей среды).

Экологически неблагоприятная ситуация в Невинномысске была констатирована на основании официальных документов — экологического паспорта Ставрополя, экологического паспорта Невинномысска и государственного доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Ставропольском крае». Это позволило рассматривать изучавшийся район как наиболее загрязненный, с высоким уровнем накопления вредных химических веществ, в частности кадмия, который является одним из основных загрязнителей в данном регионе [2]. Так, концентрация кадмия в волосах у школьников в Невинномысске превышает в 1,9 раза таковую в Ставрополе. На юге России, кроме описанного региона, выделяют несколько областей с повышенной техногенной нагрузкой, основной составляющей которой является химическое загрязнение тяжелыми металлами — Волгоград [3] и Владикавказ [4].

Кадмий относится к токсическим элементам окружающей среды, являясь распространенным локально и поступающим в окружающую среду от различных производств [5]. По данным литературы [5—8], этот металл накапливается в различных органах, в том числе нервной системе, и характеризуется выраженной способностью к аккумуляции даже при поступлении в организм его минимальных доз, что сопровождается развитием оксидативного стресса [9]. В частности, было выявлено [10] повышение содержания тяжелых металлов, в том числе кадмия, в пробах волос детей с аутизмом на фоне нарушений сна и питания по сравнению со здоровыми детьми. В группе с обструктивным апноэ сна отмечалось [11] повышение уровня кадмия и некоторых других химических элементов в сыворотке крови по сравнению с контролем.

Цель данной работы — исследование утреннего и вечернего уровней гормонов слюны и особенностей самооценки сна у подростков и взрослых мужского пола, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды.

Обследовали 300 лиц мужского пола двух возрастных групп: подростки 13—14 лет и взрослые. Выделяли контрольную и основную группы. В контрольную группу вошли 67 учеников школ и 114 студентов вузов Ставрополя. Основную группу составили 62 ученика средних школ и 57 студентов, постоянно проживающих и обучающихся в Невинномысске.

Регистрацию суточной динамики гормонов осуществляли на протяжении дневного бодрствования с 7 до 11 ч и с 16 до 20 ч. В слюне определяли уровень кортизола и тестостерона методом ИФА с использованием наборов реактивов фирмы DRG (Германия).

Самооценку качества сна осуществляли с помощью экспресс-опросников «Качество гигиены сна» и «Качество сна», разработанных на основе анкет субъективной оценки качества сна [12—14] и шкалы сонливости (Epworth Sleepiness Scale) [15].

Для обработки данных использовали статистический пакет Statistica 10.0. Применяли критерий Шапиро—Уилкса, непараметрический метод Краскела—Уоллиса, U-критерий Манна—Уитни. Взаимодействие факторов, влияющих на показатели концентрации гормонов, оценивали с применением двух- и трехфакторного ANOVA. Содержание гормонов указывали как медиану концентрации гормона (интерквартильный размах): Ме [25%; 75%] нмоль/л. Достоверными считали отличия при р<0,05, при множественном сравнении р<0,025 с учетом поправки Бонферрони.

В контрольной группе у подростков в период дневного бодрствования среднесуточное содержание кортизола в слюне составляло 2,83 [2,43; 5,5] нмоль/л, отмечались закономерные колебания содержания гормона с увеличением концентрации в утренние часы до 3,96 [2,70; 9,48] нмоль/л и снижением — в вечерние часы до 2,5 [2,00; 3,00] нмоль/л (р<0,02) (см. рисунок). Аналогичный паттерн изменения концентрации выявлен и для тестостерона — 2,66 [2,66; 3,26] нмоль/л, содержание которого статистически значимо уменьшалось к вечеру до 2,56 [2,31; 2,57] нмоль/л. Среднесуточное содержание гормона в слюне составило 2,58 [2,37; 2,73] нмоль/л.

У взрослых контрольной группы в период дневного бодрствования содержание кортизола в слюне в среднем составляло 14,80 [9,07; 21,40] нмоль/л. В утренние часы уровень гормона достигал 21,40 [19,50; 23,90] нмоль/л. Вечером наблюдалось статистически значимое снижение его концентрации до 9,07[6,20; 13,10] нмоль/л.

Средние значения тестостерона в слюнной жидкости у взрослых контрольной группы достигали 1,81 [1,65; 2,05] нмоль/л, значимо колеблясь от 1,96 [1,80; 2,60] нмоль/л в утренние часы до 1,69 [1,40; 1,92] нмоль/л во второй половине дня (р<0,02). Тенденция изменения показателя совпадала с описанной выше динамикой для кортизола.

В основной группе у подростков было отмечено 3-кратное повышение содержания кортизола (р<0,001) по сравнению с контролем. Обнаружен рост концентрации гормона в утренние часы более чем в 2 раза по сравнению с показателями контрольной группы (р<0,02), подобное статистически значимое увеличение наблюдалось и в вечерние часы, что свидетельствовало о повышении активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы при проживании в химически загрязненном районе.

Средняя концентрация тестостерона у подростков основной группы в период дневного бодрствования достигала 4,70 [4,34; 4,98] нмоль/л, что значительно отличалось от контроля. При этом в утренние и вечерние часы наблюдалось повышение уровня гормона по сравнению с данными контрольной группы, но достоверных различий между концентрацией гормона в первой половине дня и вечером выявлено не было. Данные свидетельствуют о разрушении циркадианной ритмичности выделения тестостерона.

У взрослых основной группы наблюдалось 3-кратное увеличение средних значений кортизола до 48,93 [46,95; 51,38] нмоль/л (р<0,001). При изучении утренне-вечерних изменений статистически значимых колебаний концентрации гормона обнаружено не было. Наблюдалось 2-кратное превышение среднего уровня тестостерона у обследованных основной группы — 4,16 [3,64; 4,99] нмоль/л. Однако значимых различий в ритмической структуре выделения гормона выявлено не было, хотя наблюдалась тенденция к некоторому повышению значений в вечерние часы.

В целом, у лиц, проживающих в экологически неблагоприятном регионе, уровень кортизола в слюне был повышен как у подростков, так и взрослых, что свидетельствует о повышении активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. В отличие от контроля подъем уровня кортизола у подростков отмечался вечером, а не в первой половине дня. У взрослых изменение концентрации кортизола в слюне в течение дня не выявлялось. Следовательно, было отмечено нарушение утренне-вечерних колебаний гормона на протяжении дневного бодрствования, что свидетельствует о сбое в суточной выработке кортизола в слюне. Также отмечалось повышение уровня тестостерона в слюне по сравнению с контролем и сглаживание различий между утренними и вечерними часами.

Результаты дисперсионного анализа показали достоверность влияния изучаемых факторов на уровень кортизола и тестостерона (табл. 1). При проведении трехфакторного анализа ANOVA было выявлено как отдельное (главный эффект), так и совместное влияние факторов «возраст», «время суток», «город проживания» (взаимодействие факторов). Эффекты отличались разной степенью выраженности для концентраций кортизола в слюне. На уровень тестостерона оказывали достоверное влияние только возраст (слабый эффект) и место проживания (выраженный), но взаимодействие этих факторов было недостоверным.

При проведении двухфакторного анализа ANOVA для экологически относительно чистой территории была продемонстрирована высокая степень влияния факторов возраста и утренне-вечерних изменений концентрации гормонов в слюне, в то время как воздействие этих факторов имело среднюю степень выраженности и было значимым только для кортизола. На территории с химическим загрязнением анализ выявил только сильное влияние фактора возраста на концентрацию кортизола, других значимых эффектов обнаружено не было. Полученные данные могут служить статистическим доказательством изменения уровня и суточного ритма кортизола в результате загрязнения.

По результатам самооценки цикла сон—бодрствование у подростков контрольной группы среднее качество сна составляло 17,0 баллов (15; 18), гигиена сна — 2 балла (1; 3), медиана степени дневной сонливости — 6,0 баллов (3,0; 7,0), что свидетельствовало об отсутствии нарушения качества сна на фоне соблюдения основных его правил, с некоторым повышением сонливости в дневные часы (табл. 2). Среди взрослых контрольной группы, участвовавших в анкетировании, качество сна в среднем составляло 16 баллов (от 14 до 18 баллов). Гигиена сна соблюдалась многими обследуемыми и в среднем по данным анкетирования составляла 1 балл (от 1 до 2). Показатели дневной сонливости оценивались в 5 баллов (от 2 до 8 баллов). Следовательно, в данной группе при самооценке выявлялись относительно благоприятные параметры ночного сна.

В основной группе отмечалось снижение показателей качества сна у подростков на фоне увеличения значений интерквартильного размаха.

Таким образом, у подростков основной группы выявлялись доклинические нарушения цикла сон—бодрствование, что проявлялось в виде увеличения числа респондентов, жалующихся на нарушения сна. В основной группе у взрослых тестирование показало некоторое снижение самооценки качества сна (сопровождалось статистически значимым повышением сонливости днем и снижением соблюдения основных правил сна), проявляющееся в росте баллов и интерквартильного интервала.

Согласно полученным данным, действие экологически неблагоприятных факторов внешней среды приводит к нарушениям гормональной регуляции функций в форме повышения уровня «гормонов стресса» и нарушения суточных колебаний этих уровней, а также снижению уровня бодрствования в ритме сон—бодрствование, что проявляется в увеличении сонливости. Учитывая высокую загрязненность исследуемого региона кадмием и другими токсическими веществами, возможные механизмы могут быть объяснены в рамках представлений о различных путях воздействия данного элемента на организм.

Известны [16] нарушения функциональной активности гипоталамо-гипофизарной системы у лиц мужского пола при действии кадмия. Механизмы его негативного токсического влияния изучены более подробно в экспериментах на животных. В частности, введение хлорида кадмия оказывает существенное влияние на морфофункциональное состояние аркуатного ядра гипоталамуса, сопровождающееся угнетением его синтетической деятельности [17]. Есть предположения, что может происходить непосредственное воздействие кадмия через орексиновую систему мозга [18]. Проникновение металла через гематоэнцефалический барьер и влияние на соотношение сна и бодрствования неоднократно были показаны в острых и хронических состояниях в экспериментах на крысах линии Вистар. Так, введение хлорида кадмия на 5-й и 14-й дни жизни приводило к структурным и функциональным изменениям нервных волокон в базальном ядре, мозолистом теле и больших полушариях головного мозга [19, 20]. Нарушения циркадианной ритмичности и сна могут быть вызваны оксидативным стрессом [21]. В экспериментах на животных обнаружено, что поступление низких доз кадмия (100 ppm) с питьевой водой на ранних этапах интоксикации сопровождалось увеличением non-REM сна на фоне снижения локомоторной активности в период бодрствования [22]. Было показано, что 9-дневное интраперитонеальное введение хлорида кадмия сопровождалось эпилептиформной активностью на ЭЭГ на фоне повышения предрасположенности к аудиогенным судорогам [23]. Данные изменения в структуре сна были связаны с оксидативным стрессом, что, по мнению авторов, лежит в основе нарушения цикла сон—бодрствование. Если учесть данные о важной роли гипоталамо-гипофизарной системы в организации ритмов [24] и о токсическом действии кадмия на данную систему [25], становится очевидной вовлеченность этой системы в выявленные нарушения суточных колебаний гормонов.

Гипоталамус также является центральным координатором реакций на стресс, который изменяет состояние сна, снижает качество последующего бодрствования. Неспецифическое проявление стресса (вне зависимости от его модальности и длительности) характеризуется усилением деятельности активирующих систем и проявляется в увеличении представленности бодрствования в период сна, что сказывается на стабильности в поддержании его функциональных состояний сна [26].

Любые из перечисленных процессов приводят к патофизиологическим эффектам в условиях длительного функционирования компенсаторных механизмов (биохимические, морфологические) и сопровождаются развитием нервных и психических расстройств. Возникновение такого состояния сопровождается патологической интеграцией в ЦНС [27], что может приводить к нарушению некоторых звеньев мультиосцилляторной системы и развитию десинхроноза.

Полученные в настоящей работе результаты свидетельствуют, что у проживающих в химически загрязненном районе лиц регистрируются нарушения уровней и суточной динамики кортизола и тестостерона в слюне, а также доклинические нарушения цикла сон—бодрствование, проявляющиеся в склонности к дневной сонливости. Изменения указывают на ранние признаки состояния внутрисистемного десинхроноза в гормональной системе регуляции. Полученные данные предполагают возможность экспресс-оценки качества сна как маркера нарушений суточных колебаний гормонов в условиях неблагоприятного воздействия загрязнения кадмием. Это может представлять интерес для экологической патофизиологии как способ раннего выявления причин и механизмов донозологических состояний с целью разработки мер профилактики повышенной заболеваемости людей в регионах с химическим загрязнением окружающей среды.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.