УДК 577.175.5.06/-053.5.”46511/.15”
Шайхелисламова М.В., Ситдиков Ф.Г., Дикопольская Н.Б., Билалова Г.А., Комарова А.Д., Шепелева Н.А., Зефиров Т.Л.
Казанский (Приволжский) федеральный университет, кафедра охраны здоровья человека Института фундаментальной медицины и биологии, , 420008, Казань, ул. Кремлевская,18.

Гормональные механизмы регуляции процессов развития и адаптации подростков

Реферат: Актуальность исследования определяется незрелостью гипаталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы у детей, ее физиологической гиперфункцией в подростковом возрасте, что при физическом и умственном переутомлении увеличивает риск перехода эволютивных процессов в эндокринные и нервно-сосудистые дисфункции. Статья посвящена исследованию роли симпато-адреналовой системы и коры надпочечников в регуляции процессов возрастного развития, полового созревания и адаптации подростков к учебной деятельности. Изучены показатели суточной экскреции адреналина, норадреналина, 17-кетостероидов и 17-оксикортикостероидов у мальчиков 11-15 лет на основании флюориметрического и колориметрического методов. Установлен определенный синхронизм в проявлении функциональной активности медиаторного звена симпато-адреналовой системы, глюкокортикоидной и андрогенной функции коры надпочечников с возрастом и в процессе пубертатных преобразований, при этом отмечена разнонаправленная динамика изучаемых параметров у мальчиков от 14 к 15 годам и к V стадии полового созревания. На протяжении учебного года наблюдали изменения экскреции гормонов и гормональных метаболитов, имеющие различную направленность и интенсивность в возрастных группах - у подростков 14 и 15 лет в конце учебного года выявлено достоверное снижение
возрастных показателей экскреции норадреналина и метаболитов андрогенов (15 лет), на фоне существенного и длительного увеличения глюкокортикоидов (февраль, апрель), опасных своим катаболическим действием на организм и угнетающим влиянием на реакции иммунитета.

Ключевые слова: мальчики 11-15 лет; катехоламины; кортикостероиды; стадии полового созревания; периоды учебного года.

Контактное лицо:

Дикопольская Наталья Борисовна
кандидат биологических наук, доцент кафедры охраны здоровья человека Института фундаментальной
медицины и биологии Казанского федерального университета; 420008, Казань, ул. Карла Маркса, 76;
89063281940; E-mail Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Shaykhelislamova M.V., Sitdikov F.G., Dikopolskaya N.B., Bilalova G.A., Komarova A.D., Shepeleva N.A., Zefirov T.L.
Kazan (Volgaregion) Federal University, 18, Kremlyovskaya Street, Kazan, 420008.

Hormonal mechanisms of regulation of development and adaptation processes of adolescents

Abstract: The relevance of the study is determined by the immaturity of the gipatalamo-pituitary-adrenal system in children, its physiological hyperfunction in adolescence, which, with physical and mental fatigue, increases the risk of transition of evolutionary processes into endocrine and neurovascular dysfunctions. The article is devoted to the study of the role of the sympatho-adrenal system and the adrenal cortex in the regulation of the processes of age development, puberty and adaptation of adolescents to learning activities. Indicators of daily excretion of adrenaline, noradrenaline, 17-ketosteroids and 17-oxycorticosteroids were studied in boys aged 11–15 years based on fluorimetric and colorimetric methods. A certain synchronism of functional activity manifestation of the mediator sympathoadrenal system level, glucocorticoid and androgen adrenal cortex function is determined as boys grow older and during their pubertal changes. At the same time the different studied indicators’ dynamics of boys from 14 to 15 years and by the V puberty stage is marked. During the academic year hormone and hormonal metabolite excretion changes, having a different focus and intensity in the age groups were observed: a significant decrease of age noradrenaline
excretion and androgen metabolite indicators (at 15) of 14 and 15 year-old teenagers at the end of the academic year is found out, against the backdrop of a substantial and longterm increase of glucocorticoids (February, April), with their
dangerous catabolic effect on a body and their depressing effect on the immune response.

Key words: 11-15 year-old boys; catecholamines; corticosteroids; puberty stage; academic year periods.

Contact person:

Nikopolska Natalia Borisovna
candidate of biological Sciences, associate Professor of Department of protection of human health, the Institute
of fundamental medicine and biology, Kazan Federal University, 420008, Kazan, Karl Marx St., 76; 89063281940;
E-mail Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Актуальность проблемы. Познание закономерностей функционирования детского организма невозможно без учета роли эндокринных желез, выполняющих совместно с центральной нервной системой функцию регуляторов жизненных процессов и адаптации детей к условиям существования [2]. Согласно принципу гетерохронии развития функциональных систем на каждом этапе онтогенеза происходит созревание именно тех нейроэндокринных механизмов, которые необходимы для обеспечения жизненных функций и оптимального приспособления организма к условиям существования, свойственным данному возрасту.[15]. Исключительную роль в адаптации играют, активно взаимодействующие на разных уровнях нервные и гормональные механизмы симпато-адреналовой системы (САС) и гипофизарно-надпочечниковой системы [12]. САС, её симпатическая часть представляет собой нервное регуляторное звено, необходимое для запуска
гуморального механизма приспособительных эндокринных реакций. Гипофизарно-надпочечниковая система занимает ключевое положение в механизме перехода срочных адаптивных реакций в полноценное развитие долговременной адаптации, предупреждая избыточные тканевые реакции на стресс [7]. Особое значение в развитии организма имеет подростковый период с включением сложных механизмов полового созревания, сопровождающихся физиологической гиперфункцией гипоталамической области мозга и гипофиза [8]. Усиление продукции адреналина (А), норадреналина (НА) и их предшественников, увеличение образования глюкокортикоидов вызывает мощный поток симпатической
импульсации в различные органы и системы, повышая напряжение и уязвимость детского организма при воздействии внешних неблагоприятных факторов: физического и умственного переутомления, гиподинамии, эмоционального стресса. Увеличивается риск перехода физиологической эндокринной перестройки в эндокринные, а также нервно-сосудистые дисфункции подросткового возраста [3]. Несмотря на имеющиеся литературные данные, посвященные изучению
возрастно-половых особенностей функционального созревания САС и коры надпочечников (КН) у детей и подростков, они весьма противоречивы [11,16], в основном получены на больных детях [10] и не отражают характера взаимосвязей
регуляторных систем в процессе возрастного развития, полового созревания и учебной деятельности современных школьников.

Цель исследования. Исходя из вышеизложенного была сформулирована цель исследования, направленная на изучение состояния САС и КН, соотношения их функциональной активности у мальчиков 11-15 лет в процессе возрастного развития, полового созревания и адаптации к учебной деятельности.

Материалы и методы. В исследовании принимали участие мальчики 11–15-летнего возраста, обучающиеся в средней общеобразовательной школе № 1 и №143 г. Казани. Всего было отобрано 64 мальчиков, наблюдение за которыми вели в течение 5 лет непрерывно – с 11 до 15-летнего возраста включительно. О состоянии САС судили по содержанию А и НА в суточной моче на основании флуорометрического метода [5]. Измерение флуоресценции осуществляли на приборе
БИАН-130 (М-800). Использовались стандарты КА фирмы Sigma. Расчёт проводился с учётом диуреза, экскреция выражалась в мкг/сут. Состояние КН оценивали по содержанию в моче 17-оксикортикостероидов (17-ОКС), являющихся
основными метаболитами кортизола, кортизона и их производных, а также по содержанию 17-кетостероидов (17-КС), 2/3 которых синтезируются из андрогенов адреналовой коры, а 1/3 – из андрогенов гонад [3]. Для количественного
определения 17-КС использовали колориметрический метод Н.В. Самосудовой и Ж.Ж. Басс на основе реакции W. Zimmerman в модификации М.А. Креховой [4]. Оптическую плотность раствора измеряли на фотоэлектроколориметре ФЭК-
56ПМ при длине волны 500-560нм, в кюветах толщиной 0,5 см. Определение 17-ОКС проводили по методу R.N. Silber, C.C. Porter на основании реакции с фенилгидразином после ферментативного гидролиза [4].
Оптическую плотность раствора из меряли на спектрофотометре СФ-16 при длине волны 410 нм в кюветах толщиной 10 мм. Экскреция выражалась в мкмоль/сут.

Сбор суточной мочи проводили три раза в течение учебного года – в октябре, феврале, апреле. С целью исключения влияния сезонных ритмов функциональной активности гипофизарно-надпочечниковой и симпато-адреналовой систем, возрастные и пубертатные изменения оценивали по данным октября. Стадии полового созревания (СПС) определяли по методу Дж. Таннера (1968) в зависимости от степени выраженности вторичных половых признаков [9].

Результаты и обсуждение Сравнительный анализ возрастной динамики САС и КН выявил определенный синхронизм в проявлении их функциональной активности [рис.1]. Так, достоверный прирост экскреции НА у мальчиков от 13 к 14 годам, составляющий 5,38 мкг/сут (р<0,05) сопровождается не менее существенным увеличением суточной экскреции 17-ОКС - 1,59 мкмоль/сут (р<0,05) и, напротив, от 12 к 13 годам данные показатели одновременно снижаются (различия достоверны в отношении НА, при р<0,05). Вместе с тем, выявляются и разнонаправленные изменения изучаемых параметров: наблюдаемое уменьшение экскреции НА у мальчиков от 14 к 15 годам не согласуется с резким возрастанием
активности андрогенной и глюкокортикоидной функции КН в данном возрасте, когда прирост суточной экскреции 17-КС и 17-ОКС составляет 8,85 (р<0,05) и 2,48 мкмоль/ сут соответственно (р<0,05), что может указывать на особую роль
кортикостероидов в обеспечении метаболических и адаптационных механизмов у подростков в данном возрасте. Разнонаправленные изменения установлены и в отношении экскреции метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов: на фоне
поступательного и линейного увеличения 17-КС с возрастом отмечается тенденция к снижению 17-ОКС от 11 к 13 годам. Вероятно, это отражает биологический антагонизм андрогенов и глюкокортикоидов, обладающих белково-анаболическим и катаболическим влиянием на организм [14,15], и свидетельствует о возрастающей роли андрогенов КН в регуляции роста и полового созревания мальчиков [2]. Обращает на себя внимание отсутствие существенных изменений в экскреции А по сравнению с НА (отмечается лишь некоторое её увеличение у подростков 14 лет, составляющее 0,97мкг/сут), что согласуется с представлениями о более раннем созревании хромаффинной ткани относительно симпатической иннервации в онтогенезе [6] и полной её сформированности у детей к 9-10 годам [8].

Учитывая, что развитие нейроэндокринной системы в подростковом возрасте определяется преимущественно уровнем половой зрелости, изучение функционального состояния САС и КН проводилось на каждой стадии полового созревания (СПС) [рис.2]. Так, от II к III стадии наблюдаются однонаправленные и положительные сдвиги изучаемых показателей: выделение А и НА у мальчиков увеличивается на 4,77 мкг/сут (р<0,05) и 3,09 мкг/сут, наблюдается достоверный прирост экскреции 17-КС. Это может свидетельствовать о наличии функциональной взаимосвязи между САС и КН, их взаимоусиливающем биологическом действии на стадии активации гонад. К IV СПС, характеризующейся интенсивным формированием как коры надпочечников, так и половых желез [2,8], наблюдается существенное возрастание 17-КС и 17-ОКС, по сравнению с III стадией, составляющее 7,03 мкмоль/сут (р<0,05) и 1,74 мкмоль/сут (р<0,05), что сочетается с еще большим увеличением экскреции НА – 9,41 мкг/сут (р<0,05), обеспечивающего, вероятно, наряду с другими медиаторами центральной нервной системы гуморальную передачу нервных влияний на уровне гипоталамуса и, как следствие,
активизацию КН [7]. На V СПС динамика изучаемых показателей разнонаправлена: суточная экскреция НА снижается по сравнению с IV стадией на 11,31 мкг/сут (р<0,05) при стабильном уровне А, а выделение 17-КС и 17-ОКС продолжает существенно увеличиваться на 8,58 и 2,44 мкмоль/сут (р<0,05) соответственно. Это указывает на незавершенность пубертатного формирования КН среди исследуемого возрастного контингента детей, а также согласуется с данными литературы о более поздних пубертатных изменениях в регуляции гипофизарно-надпочечниковой системы, когда дефинитивный уровень концентрации кортизола и дегидроэпиандростерона устанавливается лишь к 21 году [8].
Далее был проведен анализ функционального состояния САС и КН на протяжении учебного года, в ходе которого достаточно сложно было учесть долю влияния внутренних и внешних средовых факторов на детский организм – возрастных тенденций, умственной и физической нагрузок, сезонных колебаний активности нейроэндокринной регуляции, которые взаимосвязаны и взаимообусловливают друг друга.

Было установлено, что экскреция изучаемых гормонов и гормональных метаболитов изменяется в течение учебного года, соотношение их функциональной активности различно в возрастных группах [таблица].

При этом до 14-летнего возраста выделение НА на протяжении учебного года отличается относительной стабильностью (при постоянных значениях А), с некоторой тенденцией к возрастанию от октября к апрелю в 11 и 13 лет, в отличие от 17-ОКС, уровень которых у мальчиков 12 лет к концу учебного года существенно увеличивается – на 1,82 мкмоль/сут (р<0,05). Возрастные тенденции становления андрогенной функции КН и активизации половых желез наиболее ярко выражены у школьников в 14 лет, когда наблюдается прирост экскреции 17-КС в апреле по сравнению с октябрем, составляющий 5,89 мкмоль/сут (р< 0,05). Обращает на себя внимание волнообразный характер динамики экскреции метаболитов андрогенов в течение учебного года у мальчиков 12, 13 и 14 лет с уменьшением ее интенсивности в зимний и более существенным возрастанием в весенний период (р<0,05), что, возможно, объясняется сезонными колебаниями функциональной активности надпочечниковых и половых желез и согласуется с представлениями о нейроэндокринных сезонных ритмах [1]. Особого внимания заслуживают мальчики 14 и 15 лет, у которых на фоне возрастного увеличения экскреции НА от13 к 14 годам [рис. 1] наблюдается достоверное снижение ее к концу учебного года по сравнению с началом на 6,09 (р<0,05) и 5,58 мкг/сут (р<0,05) в том и другом возрасте соответственно, что, с одной стороны, может свидетельствовать о повышении активности нервного звена САС в период пубертата, а с другой – о низкой экономичности его функционирования в процессе учебной деятельности подростков.

При этом динамика глюкокортикоидной функции КН имеет противоположный характер: экскреция 17-ОКС, составляющая в начале учебного года у мальчиков 14 и 15 лет 7,59± 0,55 и 9,47 ± 0,60 мкмоль/сут, к концу его увеличивается (р<0,05), превосходя в 1,8 и 1,5 раза свою возрастную планку. Это может указывать на длительное и существенное напряжение в гипофизарно-надпочечниковой системе, которое, как известно, сопровождается резким увеличением содержания кортизола в крови и моче [12]. Несмотря на то, что увеличение глюкокортикоидов – это основная адаптивная реакция организма, повышенный уровень кортизола опасен своим катаболическим влиянием на детский организм, угнетающим действием на лимфоидную ткань и реакции иммунитета [2,12]. Более того, высокая концентрация кортизола может вызвать угнетение биосинтеза половых гормонов [3], поэтому не исключено, что именно резкое возрастание экскреции 17-ОКС, наблюдаемое нами у мальчиков 15 лет, приводит к достоверному снижению у них уровня андрогенов, содержание которых в суточной моче составляет в конце учебного года 28,19±1,48 мкмоль/сут, что на 9,85 мкмоль/сут меньше, чем в октябре, то есть в 1,3 раза ниже возрастных показателей школьников. Это является крайне неблагоприятным фактом, способным повлиять на перспективу полового созревания подростков. Таким образом, 14 и 15-летний возраст у мальчиков может быть выделен в качестве критического периода их развития, характеризующегося существенным напряжением механизмов адаптации при снижении андрогенной функции КН и половых желез в процессе учебной деятельности.

Выводы
1. Возрастная динамика становления САС и КН у мальчиков 11-15 лет характеризуется разнонаправленными изменениями экскреции катехоламинов и кортикостероидов: на фоне поступательного увеличения 17-КС с возрастом отмечается тенденция к снижению 17-ОКС в 11,12 и 13 лет; уменьшение экскреции НА в 14 и 15 лет сопровождается возрастанием активности андрогенной и глюкокортикоидной функции КН.
2. В процессе полового созревания мальчиков определяется синхронность в проявлении функциональной активности регуляторных систем: на III и IV СПС наблюдается одновременный прирост экскреции А, НА, 17-КС и 17-ОКС. Отмечается незавершенность пубертатного формирования КН, что подтверждается прогрессирующим ростом метаболитов глюкокортикоидов и андрогенов вплоть до V СПС на фоне стабилизации НА.

3. На протяжении учебного года функциональная активность САС и КН разнонаправлена, что наиболее ярко проявляется у мальчиков 14 и 15 лет, у которых на фоне возрастного увеличения НА наблюдается его снижение к концу учебного года в сочетании с повышением экскреции 17-ОКС, в 1,8 и 1,5 раза превосходящей свою возрастную планку.

Литература
1. Голиков А.П. Сезонные биоритмы в физиологии и патологии / Голиков А.П., Голиков П.П. − М: Медицина, 1973.
2. Држевецкая И.А. Эндокринная системы растущего организма / Држевецкая И.А. − М.: Высшая школа, 1987.
3. Кация Г.В. Нарушение баланса стероидных гормонов при ожирении и метаболическом синдроме у мужчин моложе 40 лет/ Кация Г.В., Гончаров Н.П., Чагина Н.А. //Проблемы эндокринологии. – 2011. − № 57(4). – С. 7-12.
4. Колб В.Г. Справочник по клинической биохимии/ Колб В.Г., Камышников В.С. − М.: Медицина, 1982.
5. Меньшиков В.В. Методы клинической биохимии гормонов и медиаторов/ Меньшиков В.В. −М.: Медицина, 1974.
6. Ноздрачев А.Д. Физиология вегетативной нервной системы/ Ноздрачев А.Д. − М.: Высшая школа, 2001.
7. Сапронов Н.С. Холинергические механизмы регуляции мужской половой функции/ Сапронов Н.С. − СПб.: Арт-экспресс, 2013.
8. Сельверова Н.Б. Бинарность гормональных влияний в обеспечении физического и психического развития/ Сельверова Н.Б.// Материалы научной конференции «Физиология развития человека». – 2009. – С. 104-126.
9. Таннер Дж. Рост и конституция человека. Биология человека/ Таннер Дж. − М.: Медицина, 1968.
10. Arbay O.С. Adrenocortical tumors in children/ Arbay O.С., Senocak М.Е., Cahit Т.F. //J. Рediatr. Surg. – 2001. – v.36 (4). – P. 549–554.
11. Drain J.R., Groeller H., Burley S.D. et al. Hormonal response patterns are differentially influenced by physical conditioning programs during basic military training/ Drain J.R., Groeller H., Burley S.D. et al. // Journal of Science and Medicine in Sport. – 2017. − Р. 98-103.
12. Gouarne C. Critical study of common conditions of storage of glucocorticoids and catecholamine’s in 24-h urine collected during resting and exercising conditions./ Gouarne C. //Cli. Chim. Acta. – 2004. – v.348(1-2). – P. 207-214.
13. Osayande, O.E. Adrenocortical response to competitive athletics in students from a Nigerian tertiary institution/ Osayande, O.E., Ogbonmwan E.E., Adebayo O.K.// African Journal of Biomedical Research. – 2017. - v. 20(3). - Р. 257-259.
14. Reineher Т. Androgens before and after weight loss in obese children / Reineher Т. // Ibid. − 2005. –v. 90 (10). – P.5588-5595.
15. Shaykhelislamova M.V. Participation of catecholamines and corticosteroids in regulation of the autonomic tone in children/ Shaykhelislamova M.V., Dikopolskaya N.B., Bilalova G.A. et al. // Journal: Drug Invention Today. - v. 10(7). - 2018. - P. 1129- 1133.
16. Zuckerman-Levin N.А. Bone health in eating disorders (Review)/ ZuckermanLevin N.А. Obesity Reviews. – 2014. – v.15 (3). – P. 215-223.