Введение. Инфракрасная термография – эффективный метод, делающий возможным проведение наблюдений за терморегуляторной реакцией организма при адаптации к различным условиям внешней среды Наряду с прямым тепловым (радиоактивным) излучением живых объектов инфракрасная термография представляет собой безопасный и неинвазивный метод, позволяющий быстро и точно регистрировать тепло, присутствующее на коже человека [1–3], за счет измерения среднего и длинноволнового неионизирующего электромагнитного излучения, исходящего от объекта, что дает точное представление о температуре изучаемой поверхности [4], что позволяет проводить количественный и объективный анализ распределения температуры поверхности всего тела [5]. Поскольку температура является важным экологическим параметром, измерение ее на поверхности организма человека имеет определенное значение для анализа эффективности работы терморегуляторной системы, являющейся важнейшим элементом способности адаптироваться к условиям окружающей среды [4][6]. Поскольку человек относится к гомойотермам [7] и должен постоянно обеспечивать свой тепловой баланс, его организм снабжен терморегуляторной системой, позволяющей регулировать теплообмен с окружающей средой путем кондукции, конвекции и испарения. Поддержание температуры тела и, следовательно, теплового баланса представляется в простейшем виде как производство тепла, равное его теплопотерям [8]. Тело гомойотерма описывается моделью терморегуляции ядро – оболочка [9]. В этой модели ядро поддерживает свою глубокую температуру посредством изменения температуры поверхности кожи (оболочки), так как температура оболочки может свободно изменяться в зависимости от температуры окружающей среды [10][11]. Такие изменения температуры поверхности кожи происходят в первую очередь за счет видоизменения периферического кровотока, при этом кровь выступает в качестве проводника теплообмена между ядром тела и его оболочкой [12]. Уровень перфузии крови и тоническое состояние приповерхностных сосудов являются одними из основных факторов, определяющих поверхностное распределение температуры [13]. В работах Z.S. Deng и U. Garagiola [14][15] кожный кровоток описывается как важный фактор теплообмена наряду с другими факторами, включая скорость метаболизма и подкожную жировую ткань. В условиях охлаждения организма за счет сужения сосудов конечностей кровь «стягивается» от поверхности к ядру тела, а в теплых условиях происходит обратный отток объема крови, обеспечивая увеличение поверхностной отдачи тепла [16]. Нагрев участков тела на 90 % осуществляется за счет окисления углеводов в клетках, при этом кровь, снабжающая клетки различных органов и тканей, нагревается и переносит образовавшееся тепло к поверхности, где оно может регистрироваться тепловизором в виде тепловых портретов [16]. Объемное и поверхностное перераспределение крови регулируется сосудистыми реакциями, так как кожный кровоток связан с вегетативной нервной системой, которая контролирует вазоконстрикцию и вазодилатацию сосудов и капилляров для поддержания гомеостаза [17][18]. Следовательно, связь между температурой кожи и кожным кровотоком является достаточно актуальной для рассмотрения ее в качестве одного из основных факторов, влияющих на тепловые изображения организма в ответ на терморегуляцию [19]. Таким образом, температурный рельеф поверхности тела человека зависит в конечном счете от уровня наполненности тканей кровью, степени ее нагревания при функциональной активности мышц и внутренних органов, перераспределения крови при регулировании просвета сосудов, а также от тепловых свойств ткани (теплопроводности, теплоемкости). В целом необходимо подчеркнуть, что метод тепловизионной оценки организма доказал свою полезность для тепловой визуализации поверхности тела, а также для наблюдения за терморегуляторной реакцией организма при адаптации к различным условиям среды [8]. Следует отметить, что именно незначительные отклонения (десятые и сотые доли градуса) в термографической картине организма позволяют провести детальный сравнительный анализ различных популяций жителей, регулярно подвергающихся экстремальным воздействиям природно-климатических факторов внешней среды. На сегодняшний день нет данных о тепловизионной картине организма молодых жителей, проживающих в условиях Севера и являющихся жителями Магаданской области. Исходя из этого, целью нашей работы явилось изучение тепловизионных изображений здоровых молодых людей – уроженцев Севера, представителей 0, 1, 2 и 3-го поколений при адаптации к экстремальным климатогеографическим условиям.

Материалы и методы. Термография проводилась с использованием тепловизионной камеры (тепловизор FLIR SC620, компания FLIR Systems, Швеция), обеспечивающей длинноволновую (7,5–13 мкм) визуализацию с тепловой чувствительностью 0,1 °С. Пространственное разрешение составляло 640 × 480 пикселей. Преимущество инфракрасных систем по сравнению с другими методами измерения температуры заключается в возможности одновременного анализа большого количества изображений-элементов (пикселей) за короткий промежуток времени, после чего возможна обработка изображений в реальном времени [20]. Исследование проводилось в соответствии со стандартами, установленными Европейской термографической Ассоциацией [21]. Количественный анализ тепловизионных изображений проводили для 8 участков тела, взятых спереди и сзади у обследуемых молодых людей в положении стоя без верхней одежды. Для каждого выбранного участка устанавливалась средняя температура поверхности, которая была более репрезентативной для данной области, чем просто минимальное и максимальное ее значение. Фиксировались температуры (°С): C1 – левой подключичной области, C2 – правой подключичной области, С3 – лба, C4 – груди, С5 – поверхности живота, С6 – верхней части спины, С7 – области лопаток, С8 – поясницы.

Исследования были проведены в осенне-зимний период 2019 г. В исследованиях приняли участие 90 молодых здоровых людей в возрасте от 17 до 21 года (средний возраст составил 18,3 ± 0,5 года), постоянно проживающих на территории Магаданской области. Средние антропометрические показатели обследуемых юношей имели следующие величины: длина тела равнялась 179,2 ± 0,7 см, масса тела составила 71,2 ± 1,1 кг, индекс массы тела (ИМТ) был равен 21,8 ± 0,4 кг/м2.

В зависимости от принадлежности к различным поколениям проживания на Севере все обследуемые разделялись на 4 анализируемые группы. В первую группу вошли приезжие мигранты-европеоиды из центральных районов страны, характеризующиеся непродолжительным сроком проживания на Севере (в среднем 7,1 ± 1,3 года), – эту группу мы обозначили как «нулевое поколение» (0-е поколение) (n = 16). Во вторую группу вошли уроженцы области в 1-м поколении из числа европеоидов, у которых родители являлись мигрантами (n = 28). В третью группу включались молодые люди – уроженцы во 2-м поколении (n = 25), родители которых уже являлись уроженцами Магаданской области в 1-м поколении. Четвертая группа представляла собой обследуемых с самым продолжительным сроком проживания семей в условиях Севера: представители только начинающейся формироваться популяции (ввиду «относительной молодости» Магаданской области) – юноши 3-го поколения, у которых родители относятся к представителям 2-го поколения (n = 21).

Все лица, входящие в выборку, были постоянными жителями области и на момент обследования более 6 месяцев являлись студентами университета с очной формой обучения и характеризовались сопоставимыми условиями жизни, режимом двигательной активности. Все обследования проводились в помещении с комфортной температурой 19–21 °С, в первой половине дня, после акклиматизации в помещении более 10 минут, что является оптимальным временем привыкания к температуре окружающей среды [22]. Термография проводилась у молодых людей, раздетых до пояса. Условием включения в исследование являлось отсутствие хронических заболеваний в стадии обострения и жалоб на состояние здоровья. Исследование было выполнено в соответствии с принципами Хельсинской декларации (2013) [16]. Протокол исследования был одобрен комиссией по биоэтике ФГБУН «Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения Российской академии наук» (№ 001/019 от 29.03.2019). У всех обследуемых было получено письменное информированное согласие до включения в исследование.

Обработку полученного материала производили с использованием прикладного пакета Statistica 7.0. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро – Уилка. Вычислялись средние величины показателей (M) и ошибки средних (m). При множественном сравнении для выборок с нормальным распределением был использован параметрический однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA). Далее для выявления статистически значимых различий между конкретными группами нами был использован апостериорный анализ с помощью теста для множественных сравнений Scheffe. Критический уровень значимости (p) в работе принимался равным 0,05; 0,01; 0,001.

Результаты. Проведенные исследования позволили установить ряд интересных особенностей термографического портрета лиц из числа мигрантов-адаптантов, а также укорененных жителей Севера различных поколений. Типичные примеры термограмм обследованных юношей приведены на рисунках 1 и 2. Визуально заметны отличия между представителями 0-го и 3-го поколений. Лица, имеющие максимальный срок проживания в условиях Севера, имели значительно больше участков тела, характеризующихся выраженными зонами максимальной концентрации тепла (значимое повышение средней температуры анализируемого участка). Так, если у лиц 0-го поколения такой участок тела наблюдался практически один – в районе верхней части спины между лопатками, то у лиц 3-го поколения они встречались повсеместно – как со стороны груди, так и со стороны спины.

В таблице приведены основные характеристики тепловизионного портрета организма у представителей из числа мигрантов, 1, 2 и 3-го поколения. Из приведенных данных видно, что в ряду от представителей мигрантов-адаптантов к группе юношей – представителей 3-го поколения происходило значимое увеличение температуры по всем изученным областям теплового портрета. Максимальные различия наблюдались в отношении средней температуры лба, живота и поясницы, достигая 0,97; 1,04; 0,98 °С соответственно. Наименьшие отличия отмечались между мигрантами и лицами 3-го поколения в отношении температуры груди – 0,43 °С. Кроме того, по нашим данным, в группах от 0-го по 3-е поколение юноши продемонстрировали увеличение разницы температур между левой и правой надключичными областями, где она составила 0,03 °С у представителей 0-го поколения, в то время как молодые люди с наиболее длительной адаптацией к Северу показали 0,12 °С.

Обсуждение. При анализе средних значений отдельных участков тепловых портретов юношей, принадлежащих к различным поколениям проживания на Севере, наблюдались статистически значимые различия. Так, самые низкие значения температуры обнаружены в области живота и поясницы, так как плохо васкуляризованные участки, а также области с наличием жировой ткани имеют более низкую температуру [23]. Самая высокая температура фиксировалась в области груди, лба, верхней части спины, подключичных областях, что связано с температурой внутренних органов, выделяющих тепло в результате их нормальных метаболических процессов, а также с низкой толщиной подкожного жира [24–26]. На представленных термограммах видно, что наиболее горячие точки находятся в районе левой и правой подключичных зон и в области спины под шеей, где, по современным данным позитронно-эмиссионной и компьютерной томографии, у взрослых людей наблюдается наибольшее скопление активной бурой жировой ткани [27].

Необходимо отметить то, что в работах M. Chudecka, A. Lubkowska [6] указаны более низкие температуры в группе молодых мужчин г. Щецина (Польша) (грудь – 33,15 ± 0,18 °С, задняя верхняя часть спины – 33,92 ± 0,19 °С, живот – 32,72 ± 0,31 °С, поясница – 32,80 ± 0,26 °С), аналогичные результаты более низких показателей средневзвешенной температуры анализируемых участков взрослых обследуемых г. Москвы представлены и в работе Р.С Андреева и соавторов [28] (грудь – 31,7 ± 0,14 °С, спина – 31,7 ± 0,12 °С), а также в работе Е.Б. Акимова и В.Д. Сонькина [29], где кожная температура лба равнялась 32,2 ± 0,55 °С (M ± SD). Полученные результаты дают нам основание сделать заключение, что для юношей г. Магадана характерны более высокие средние показатели температуры поверхности кожи в сравнении с юношами, проживающими в более оптимальных климатогеографических условиях.

Характерной чертой нормальной тепловизионной картины передней поверхности грудной клетки является симметричная гипертермия надключичных областей [30]. В наших данных в ряду от 0-го к 3-му поколению юношей происходит увеличение разницы температуры левой и правой надключичных областей, где у представителей 0-го поколения эта разница составляла 0,03 °С, в группе обследуемых 1-го поколения – 0,04 °С, у юношей 2-го поколения – 0,05 °С, а у молодых людей третьего поколения – 0,12 °С. В самых последних исследованиях [30] указано, что максимальная температура симметрии должна составлять не более 0,25 ± 0,20 °С, что в полной мере соответствует нашим результатам, хотя полученные данные указывают на то, что с увеличением периода проживания на Севере термоасимметрия незначительно возрастает.

Терморегуляторный контроль кровотока кожи человека играет жизненно важное значение для поддержания нормальной температуры организма и обеспечения теплового гомеостаза [17]. Эти процессы автоматизированы и происходят в ответ на изменения в температуре ядра, приводящие к изменениям температуры кожи [31]. С учетом того что перестройки температуры поверхности кожи происходят в первую очередь за счет изменения периферического кровотока и зависят от тонического состояния приповерхностных сосудов [13], больший периферический кровоток обычно приводит к большей периферической потере тепла во внешнюю среду [9]. Увеличение теплоотдачи с поверхности тела может рассматриваться в качестве неблагоприятного фактора, так как свидетельствует об увеличении теплопотерь в условиях холодной окружающей среды [32]. Такие перестройки в тепловизионных паттернах при увеличении проживания в условиях Севера достигаются за счет оптимизации терморегуляторного механизма человеческого организма, а именно в результате вегетативных кожных вазомоторных реакций, проявляющихся в виде притупления сосудосуживающего ответа на холод при хронической холодовой адаптации. Аналогичные перестройки паттерна периферического русла при адаптации к хроническому холодовому воздействию отмечались в работах других исследователей [32–34], в которых форму такой вазомоторной акклиматизации объясняли выраженной сосудосуживающей реакцией, необходимой для улучшения кровоснабжения поверхности кожи, что направлено на предотвращение холодовых травм и поддержание температуры внутренних органов, лежащих глубже мышц [34]. Защитное холодовое расширение сосудов проявляется лишь только у людей, адаптированных к холоду [9], что объясняется уменьшенной симпатической реакцией на холодовое воздействие, о чем свидетельствует более низкая экскреция норадреналина с мочой у акклиматизированных в сравнении с неакклиматизированными субъектами (по данным исследований, проведенных в канадской Арктике) [35].

Заключение. Выявленные паттерны температурных перестроек в ответ на хроническое холодовое воздействие в ряду от лиц 0-го поколения к группе представителей 3-го поколения отражают изменения морфологии температурной картины кожи, проявляющиеся увеличением средней температуры проанализированных областей и повышением термоасимметрии в подключичных областях. При этом отмечена региональная особенность в формировании теплового портрета для юношей г. Магадана, которая выражается более высокими средними величинами температуры поверхности кожи в сравнении с юношами, проживающими в более оптимальных климатогеографических условиях. Таким образом, результаты исследования подтверждают тот факт, что с увеличением сроков адаптации к условиям Севера человеку характерны компенсаторно-приспособительные механизмы, направленные на уменьшение негативного влияния холодового фактора и которые достигаются за счет оптимизации терморегуляторного механизма и перестройки вегетативных кожных вазомоторных реакций.