ОСОБЕННОСТИ ХОЛЕСТЕРИНОВОГО ОБМЕНА У МУЖЧИН И ЖЕНЩИН В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАННОГО КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА (РЕТРОСПЕКТИВНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Мухамедиева Л.Н.¹, Маркина Е.А.², Журавлева О.А.³, Вострикова Л.В.⁴, Чистоходова С.А.⁵, Анисимов Н.А.⁶, Маркин А.А.⁷, Моруков И.Б.⁸

¹Доктор медицинских наук,^2,4,5,8соискатель, ³кандидат медицинских наук, ⁶аспирант, ⁷кандидат медицинских наук, доцент,

ФГБУ науки Государственный научный центр РФ – Институт медико-биологических проблем РАН, Москва, Россия.

ОСОБЕННОСТИ ХОЛЕСТЕРИНОВОГО ОБМЕНА У МУЖЧИН И ЖЕНЩИН В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАННОГО КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА (РЕТРОСПЕКТИВНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Аннотация

Проведено ретроспективное изучение особенностей холестеринового обмена у мужчин и женщин в динамике длительного моделированного космического полета (120-суточная антиортостатическая гипокинезия, -7^о). В сыворотке крови было исследовано содержание общего холестерина, холестерина липопротеидов высокой, низкой и очень низкой плотности, значения величин индекса атерогенности. Установлены исходно высокие значения  показателей холестеринового обмена, определяющими риск атерогенеза у мужчин. В условиях длительной антиортостатической гипокинезии у них наблюдаются резкие колебания уровня фракций холестерина в сторону накопления  атерогенных форм и столь же резкий возврат к исходным величинам. У женщин колебания исследованных параметров отличались малой амплитудой, большой инерционностью и стабильным протеканием на протяжении всего эксперимента.

Ключевые слова: антиортостатическая гипокинезия, гендерные исследования, обмен холестерина, пилотируемые космические полеты.

Mukhamedieva L.N.¹, Markina E.A.², Zhuravleva O.A.³, Vostrikova L.V.⁴, Chistokhodova S.A.⁵, Anisimov N.A.⁶, Markin A.A.⁷, Morukov I.B.⁸

¹MD,  ^2,4,5,6,8Postgraduate student, ³MD, ⁷MD, Associate professor,

State Scientific Centre of Russian Federation  Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences

FEATURES OF CHOLESTEROL METABOLISM IN MEN AND WOMEN IN LONG-TERM SIMULATED SPACE FLIGHT (RETROSPECTIVE STUDY)

Abstract

A retrospective study of peculiarities of cholesterol metabolism in men and women in the dynamics of a long-term simulated space flight (120-day head-down bed rest, -7^оС) was conducted. The content of total cholesterol, high, low and very low-density lipoprotein cholesterol, the values of the atherogenic index were studied in the blood serum. Initially, the high values of cholesterol metabolism, which determine the risk of an atherogenesis in men, were established. Under the conditions of prolonged antiorthostatic hypokinesia, they show sharp fluctuations in the level of cholesterol fractions toward the accumulation of atherogenic forms and a similarly sharp return to baseline values. In women, the oscillations of the studied parameters are characterized by a small amplitude, a large inertia, and a stable course throughout the experiment.

Keywords: antiorthostatic hypokinesia, gender studies, cholesterol exchange, manned space flights.

В планах развития пилотируемой космонавтики на ближайшие десятилетия предусматриваются межпланетные полеты, создание окололунной орбитальной станции и напланетных поселений. Для решения поставленных задач необходимо значительное  увеличение продолжительности космических экспедиций по сравнению с нынешними, проходящими на низких околоземных орбитах. В этих условиях ведущую роль в способности экипажа выполнить возложенные на него задачи будет играть человеческий фактор – состояние здоровья, работоспособность, психологическая совместимость, стабильность взаимоотношений и взаимопонимание между его членами.

Как в реальных космических полетах, так и в наземных условиях установлено, что смешанные по гендерному признаку экипажи работают более эффективно по сравнению с традиционными, чисто мужскими коллективами [1,  С. 140]. Различия в поведении и физических кондициях, как оказалось, удачно дополняют друг друга. В целом, как совершенно справедливо постулировалось, “Для устойчивого и успешного функционирования любой человеческой общности, в том числе космического экипажа в длительном полете, необходим полный набор качеств, которые представлены мужской и женской половиной человечества.” [2, С. 171].

В силу особого гормонального статуса, физических и психологических особенностей, реакции женского организма на действие комплекса факторов космического полета, в достаточной степени, отличаются от мужских. Однако, несмотря на то, что с начала космической эры в космосе побывало уже более 60 женщин, специальных гендерных исследований, посвященных специфике метаболических реакций, не проводилось. Большой интерес представляет изучение особенностей обмена веществ у мужчин и женщин при длительных космических полетах. Но к концу 2017 г., из 12 женщин, являвшихся членами экипажей основных экспедиций на МКС, только одна из них была гражданкой Российской Федерации и прошла клинико-физиологическое обследование на базе Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина. Поэтому невозможно провести сравнительные исследования  метаболических реакций мужского и женского организма в динамике послеполетного периода.

В многочисленных экспериментах показано, что применение модели с антиортостатической гипокинезией (АНОГ) обеспечивает физиологические эффекты, наблюдающиеся в орбитальном  космическом полете [3, С.12]. Моделирование условий  полета, аналогичное продолжительности  космических экспедиций,  возможно только при использовании АНОГ.

Более чем полувековой опыт космической медицины свидетельствует о том, что  состояние здоровья космонавтов может зависеть  от отдаленных последствий перенесенных в полете воздействий.  Наиболее уязвимой здесь является сердечно-сосудистая система. Ее заболевания  на протяжении многих лет наблюдения являются основной причиной дисквалификации космонавтов [4, С. 133]. Ретроспективный анализ  показал, что основная причина смерти космонавтов  - тоже  сердечно-сосудистые заболевания [5, С. 492]. Значительную роль в развитии сердечно-сосудистой патологии играют нарушения в обмене холестерина [6, С. 7]. Нами обнаружено, что в динамике длительных космических полетов происходит прогрессивное увеличение содержания холестерина в крови с перераспределением состава его фракций в сторону преобладания атерогенных форм [7, С. 252]. Аналогичные изменения наблюдаются в экспериментах с АНОГ [8, С. 109].

На базе Института медико-биологических проблем в период с 1994 по 1997 гг. были проведены эксперименты со 120-суточной АНОГ, в одном из которых участвовали мужчины, а в другом – только женщины.

Целью данного исследования явился ретроспективный сравнительный анализ характеристик холестеринового обмена в динамике экспериментов со 120-суточной антиортостатической гипокинезией у мужчин и женщин.

Материалы и методы. В динамике 120-суточной АНОГ (-7^о) обследовали шесть мужчин в возрасте 21-36 лет [9,  С. 450] и четверых женщин в возрасте 23-36 лет [10, С. 49]. Испытатели находились в условиях “чистой” гипокинезии без использования каких-либо средств профилактики. Венозную кровь для исследований отбирали утром, натощак за 7 суток до начала воздействия, на 7 сутки АНОГ, в период 50-56, 105-112 суток АНОГ и на 7 сутки периода восстановления (ПВ). В сыворотке крови определяли концентрацию общего холестерина, холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) и триглицеридов. Концентрацию холестерина липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), холестерина липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП), а также  величину индекса атерогенности  рассчитывали по формулам [11, С. 514]. Измерения проводили на  биохимическом анализаторе “Reflotron IV”, Boehringer Mannheim, Австрия.

Статистическую обработку данных  проводили методами вариационной статистики с применением пакета прикладных программ  Statistica for Windows, Kernel Release 5.5 A  фирмы StatSoft, Inc., США.   Достоверность различий между средними арифметическими в группах  вычисляли с помощью t- критерия Стъюдента, принимая  выявленные различия значимыми при  р<0,05.

Результаты и обсуждение. 

Полученные данные представлены в таблице 1.

Следует отметить, что исходное содержание общего холестерина у  мужчин превышало таковое у женщин почти в полтора раза, что обусловлено гендерным фактором [11, C. 491].  Эта разница сохранялась на протяжении большей части экспериментального воздействия. В ходе эксперимента наблюдалось прогрессивное повышение уровня холестерина как у мужчин, так и у женщин до 50-56 суток, причем у мужчин оно было более выражено.  С 50-56 по 105-112 сутки АНОГ у женщин наблюдалось дальнейшее плавное повышение содержания холестерина в крови, в то время как у мужчин его концентрация снизилась до исходных значений, примерно на 20%. На седьмые сутки ПВ  содержание холестерина у мужчин упало ниже фоновых значений, а у женщин плавно снижалось, не достигнув уровня фона. Таким образом, динамика концентрации холестерина в крови мужчин  отличается более резкими колебаниями по сравнению с женщинами,  которым свойственно плавное и инертное  изменение его уровня.

Таблица 1 – Значения показателей холестеринового обмена у мужчин (n=6) и женщин (n=4) в динамике 120-суточной антиортостатической гипокинезии (M±m)

Показатель	Группа	Сроки обследования, сутки
		Фон (-7)	Гипокинезия
			7	50-56
Холестерин, ммоль/л	М	6,69±0,42**	6,77±0,48*	7,84±0,37**
	Ж	4,96±0,04	5,34±0,30	5,61±0,50
Холестерин ЛПВП, ммоль/л	М	0,993±0,158	0,872±0,065**	0,737±0,143*
	Ж	1,23±0,07	1,16±0,02	1,11±0,02
Холестерин ЛПНП, ммоль/л	М	4,86±0,04**	5,03±0,47	5,92±0,42*
	Ж	3,35±0,06	3,88±0,22	3,91±0,49
Холестерин ЛПОНП, ммоль/л	М	0,841±0,127*	0,809±0,102	1,21±0,20*
	Ж	0,450±0,020	0,541±0,064	0,600±0,041
Триглицериды, ммоль/л	М	1,85±0,28*	1,78±0,20	2,67±0,43*
	Ж	0,991±0,045	1,19±0,14	1,32±0,09
Индекс атерогенности	М	5,74±0,89*	6,76±0,73**	9,63±0,84**
	Ж	3,03±0,06	3,60±0,19	4,05±0,22

 

Таблица 1.1 – Значения показателей холестеринового обмена у мужчин (n=6) и женщин (n=4) в динамике 120-суточной антиортостатической гипокинезии (M±m)

Показатель	Группа	Сроки обследования, сутки
		Гипокинезия	Последействие
		105-112	+7
Холестерин, ммоль/л	М	6,72±0,52	6,32±0,66
	Ж	6,02±0,65	5,42±0,48
Холестерин ЛПВП, ммоль/л	М	1,74±0,37	1,26±0,03
	Ж	1,16±0,06	1,21±0,11
Холестерин ЛПНП, ммоль/л	М	3,88±0,62	4,24±0,49
	Ж	4,37±0,64	3,80±0,22
Холестерин ЛПОНП, ммоль/л	М	1,10±0,14**	0,823±0,214
	Ж	0,495±0,027	0,582±0,055
Триглицериды, ммоль/л	М	2,42±0,30**	1,81±0,47
	Ж	1,09±0,06	1,28±0,12
Индекс атерогенности	М	2,86±0,41*	4,02±0,24
	Ж	4,19±0,34	3,48±0,29

Примечание: * - достоверное межгрупповое различие, p<0,05; ** - достоверное межгрупповое различие, p<0,01  

Содержание холестерина ЛПВП, антиатерогенной фракции, у женщин в фоновом периоде было выше, чем у мужчин почти на четверть. К 7 суткам эксперимента его концентрация понизилась до одинакового с мужчинами уровня. Однако на 50-56 сутки АНОГ уровень холестерина ЛПВП у женщин повысился, не достигнув, однако, исходных значений, а у мужчин продолжал снижаться. К 105-112 суткам содержание холестерина ЛПВП у женщин вышло на плато примерно на уровне предыдущего срока обследования и оставалось неизменным вплоть до 7 суток ПВ, в то время как у мужчин к 105-112 суткам его концентрация повысилась более чем в два раза, а к 7 суткам упала примерно на треть. Как и в случае с общим холестерином, динамика уровня холестерина ЛПВП у мужчин характеризуется резкими колебаниями, в то время как у женщин отмечается плавное и инертное изменение значений этого показателя.

Содержание холестерина ЛПНП и холестерина ЛПОНП, атерогенных  фракций, в фоновом периоде у мужчин было в полтора раза выше, чем у женщин. На седьмые сутки АНОГ концентрация холестерина ЛПНП незначительно  увеличилась, однако к 50-56 суткам эксперимента уровень холестерина ЛПНП у мужчин повысился примерно на 20%, а у женщин практически не изменился. На 105-112 сутки содержание холестерина ЛПНП у мужчин упало более чем на 30%, ниже исходного уровня, а у женщин незначительно возросло. К седьмым суткам ПВ уровень показателя у женщин незначительно снизился до фоновых величин, а у мужчин умеренно повысился. В целом, динамика содержания холестерина ЛПОНП у мужчин характеризовалась полуторократными колебаниями как в сторону повышения, так и понижения, начиная уже с седьмых суток АНОГ, в то время как у женщин наблюдались стабильные  значения показателя с минимальными изменениями.

Динамика индекса атерогенности в полной мере отражает изменения значений исследованных показателей. У мужчин величины индекса атерогенности в 1,5-2,5 раза превышали таковые у женщин, выходя за границы физиологической нормы в отдельные сроки обследования в 1,5-3 раза. При этом наблюдались резкие колебания значений индекса атерогенности как в сторону повышения, так и снижения. У женщин резких изменений  показателя не наблюдалось, а после 50-56 суток его значения вышли на плато, отражая стабилизацию холестеринового обмена.

Заключение. Таким образом, мужчины исходно отличаются высокими уровнями показателей холестеринового обмена, определяющими риск атерогенеза. При нахождении в условиях длительной антиортостатической гипокинезии,  у них наблюдаются резкие сдвиги содержания холестерина и его фракций в сторону преобладания атерогенных форм и столь же резкий возврат к исходным величинам. Метаболические реакции женщин отличаются малой амплитудой, большой инерционностью и стабильным протеканием на протяжении всего эксперимента.

Полученные данные являются еще одним подтверждением теории  В.А. Геодакяна, согласно которой дифференциация полов рассматривается как специализация по двум главным аспектам эволюции: сохранения и изменения генетической информации, как консервативную (женский пол) и оперативную (мужской) память вида. При этом более широкая норма реакции характерна именно для особей женского пола, что придает им большую относительную стабильность в филогенезе [12, С. 25].

Обнаруженные различия в выраженности и направленности реакций холестеринового обмена у женщин и мужчин на действие 120-суточной АНОГ хорошо объяснимы с точки зрения данной теории.

Список литературы / References

1. Douglas A. Vakoch (Ed.) Psychology of Space Exploration.- Washington, DC: NASA SP-2011-4411, 2011.– 254 p.
2. Пономарева В. Л. Участие женщин в космических полетах: мифы и реальность/ Пономарева В.Л. // Общественные науки и современность. –1996.– № 3.– С. 165-174.
3. Коваленко Е.А. Гипокинезия/ Коваленко Е.А., Гуровский Н.Н. – Москва: Медицина, 1980.– 320 с.
4. Воронков Ю.И. Медицинские требования к состоянию здоровья и клинико-физиологическое обследование космонавтов до и после их работы на МКС/ Воронков Ю.И., Почуев В.И., Ардашев В.Н. и др.//Международная космическая станция. Российский сегмент. Космическая биология и медицина. Воронеж:Научная книга, 2011.– Т. 1.– С. 132-142.
5. Ушаков И.Б. Эпидемиологическое исследование смертности советских и российских космонавтов (1960-2013 гг.)/Ушаков И.Б., Воронков Ю.И. //Пилотируемые полеты в космос. Материалы XI Международной научно-практической конференции 10-12 ноября 2015 г. Звездный городок, 2015. –С. 491-492.
6. Гордиенко А.В. Особенности нарушений липидно-холестеринового обмена у мужчин молодого и среднего возраста с первичным и повторным инфарктом миокарда/ Гордиенко А.В., Никитин А.Э.,  Яковлев В.В. и др.//Вестник российской военно-медицинской академии.– – № 3.– С. 7-10.
7. Markin А. The Dynamics of Blood Biochemical Parameters in Cosmonauts During Long-term Space Flights./ Markin А., Strogonova L. , Balashov O. et al. //Acta Astronautica.–1998.–Vol.42.– Nos 1-8.–P.247-253.
8. Федоров И.В.Обмен веществ при гиподинамии/ Федоров И.В.– М: Наука, 1982. –251 с.
9. Markin A.A. Changes in metabolic processes in humans during a 120-day antiorthostatic hypokinesia/ Markin A.A., Zhuravleva O.A., Morukov B.V. et al.//Human Physiology. –2009. –Vol. 35.– No. 4.– P. 449-454.
10. Маркин А.А. Особенности обмена веществ у женщин в эксперименте со 120-суточной антиортостатической гипокинезией/ Маркин А.А., Попова И.А., Строгонова Л.Б. и др.//Гипокинезия. Медицинские и психологические проблемы. Тез.докладов конференции. 26-28 ноября 1997 г. Москва: ГНЦ РФ ИМБП, 1997.–С.49.
11. Камышников В.С. Справочник  по   клинико-биохимическим исследованиям и   лабораторной диагностике/Камышников В.С.—   М.: МЕДпресс-информ, 2009.– 896 с.
12. Геодакян В.А. О некоторых закономерностях и явлениях, связанных с полом/ Геодакян В.А. // Вероятностные методы в биологии, Киев: Ин-т математики АН УССР, 1985.–С. 19–41.

Список литературы на английском языке/ References in English

1. Douglas A. Vakoch (Ed.) Psychology of Space Exploration.- Washington, DC: NASA SP-2011-4411, 2011.– 254 p.
2. Ponomareva V. L. Uchastie zhenshhin v kosmicheskih poletah: mify i real'nost'[Women's participation in space flight: myths and reality]/ Ponomareva V.L. // Obshhestvennye nauki i sovremennost'. –1996.– No 3.– P. 165-174. [In Russian]
3. Kovalenko E.A. Gipokinezija [Hypokinesia]/ Kovalenko E.A., Gurovskij N.N. – Moskva: Medicina, 1980.–320 p. [In Russian]
4. Voronkov Ju.I. Medicinskie trebovanija k sostojaniju zdorov'ja i kliniko-fiziologicheskoe obsledovanie kosmonavtov do i posle ih raboty na MKS [Medical requirements for health and clinical physiological examination of the cosmonauts before and after their work on the ISS]/ Voronkov Ju.I., Pochuev V.I., Ardashev V.N. et al.//Mezhdunarodnaja kosmicheskaja stancija. Rossijskij segment. Kosmicheskaja biologija i medicina. Voronezh:Nauchnaja kniga [The international space station. The Russian segment. Space biology and medicine], 2011.– Vol. 1.– P. 132-142. [In Russian]
5. Ushakov I.B. Jepidemiologicheskoe issledovanie smertnosti sovetskih i rossijskih kosmonavtov (1960-2013 gg.)[Epidemiologic study of mortality Soviet and Russian cosmonauts (1960-2013)] /Ushakov I.B., Voronkov Ju.I. //Pilotiruemye polety v kosmos. Materialy XI Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii 10-12 nojabrja 2015 g. Zvezdnyj gorodok[Manned flights into space. Materials of XI International scientific-practical conference 10-12 November 2015, Star city], 2015. –P. 491-492. [In Russian]
6. Gordienko A.V. Osobennosti narushenij lipidno-holesterinovogo obmena u muzhchin molodogo i srednego vozrasta s pervichnym i povtornym infarktom miokarda [Features of lipid-cholesterol metabolism disorders in men of young and middle age with primary and secondary myocardial infarction]/ Gordienko A.V., Nikitin A.Je.,  Jakovlev V.V. i dr.//Vestnik rossijskoj voenno-medicinskoj akademii [Vestnik of Russian Military Medical Academy].– 2009.– No 3.– P. 7-10. [In Russian]
7. Markin А. The Dynamics of Blood Biochemical Parameters in Cosmonauts During Long-term Space Flights./ Markin А., Strogonova L. , Balashov O. et al. //Acta Astronautica.–1998.–Vol.42.– Nos 1-8.–P.247-253.
8. Fedorov I.V.Obmen veshhestv pri gipodinamii [A metabolism at Hypodynamia] /Fedorov I.V.– M: Nauka, 1982. –251 p. [In Russian]
9. Markin A.A. Changes in metabolic processes in humans during a 120-day antiorthostatic hypokinesia/ Markin A.A., Zhuravleva O.A., Morukov B.V. et al.//Human Physiology. –2009. –Vol. 35.– No. 4.– P. 449-454.
10. Markin A.A. Osobennosti obmena veshhestv u zhenshhin v jeksperimente so 120-sutochnoj antiortostaticheskoj gipokineziej [Features of metabolism in women in the experiment with a 120-day antiorthostatic hypokinesia]/ Markin A.A., Popova I.A., Strogonova L.B. et al.//Gipokinezija. Medicinskie i psihologicheskie problemy. Tez.dokladov konferencii. 26-28 nojabrja 1997 g. Moskva: GNC RF IMBP [Hypokinesia. Medical and psychological problems. Proc.papers of the conference. November 26-28, 1997, Moscow], 1997.–P.49. [In Russian]
11. Kamyshnikov V.S. Spravochnik  po   kliniko-biohimicheskim issledovanijam i   laboratornoj diagnostike [The Handbook on clinical and biochemical research and laboratory diagnosis]/Kamyshnikov V.S.–   : MEDpress-inform, 2009.– 896 p. [In Russian]
12. Geodakjan V.A. O nekotoryh zakonomernostjah i javlenijah, svjazannyh s polom [On some of the patterns and phenomena associated with gender]/ Geodakjan V.A. //Verojatnostnye metody v biologii, Kiev: In-t matematiki AN USSR [Probabilistic methods in biology], 1985.–P. 19–41. [In Russian]