Adaptation of functional systems in different generations of Caucasians in the North-East of Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: A substantial body of research has focused on adaptation of the new residents of the European and Asian Far North. However, these publications fail to address the changes occurring in successive generations of native Caucasians who migrated to the regions with harsh climatic conditions.

AIM: To study functional adaptations exhibited by individuals born in the Magadan Region to various generations of Caucasians permanently living in the area.

METHODS: A total of 1632 male volunteers, all students aged 18±1.1 years, and of Caucasian ethnicity, participated in this study. These individuals were either migrants or residents of Russia's North-East, born within the first to third generations. We investigated anthropometric characteristics, cardiohemodynamic parameters, and gas exchange to understand the adaptive readjustments that take place within the body's functional systems.

RESULTS: Migrants and first-generation residents in the Magadan region experience constant stress and inadequate functioning of their cardiohemodynamic and energy exchange systems under extreme conditions. However, the third-generation subjects exhibited optimal performance of the cardiovascular system. Remarkably, the third-generation residents demonstrate an increased systolic volume at lower arterial pressure and lower total peripheral resistance. Furthermore, they had elevated proportion of the high frequency component and total power of the heart rhythm spectrum. This represents a new level of changed influence on the heart rhythm, as seen in the altered balance of its statistical and spectral wave characteristics. Moreover, the adaptability of the cardiovascular system to the harsh conditions of the North is reflected not only in the physiological indicators of the body but also in the integral structure of their correlations. This includes the magnitude and sign of the correlation coefficients and their significance.

CONCLUSIONS: Our main findings suggest that adaptive changes in cardiohemodynamic and gas exchange exhibited by the migrants and several generations of residents of the Far North-East of Russia are directed to minimization of the total energy expenditure in functional systems. Additionally, the parasympathetic contribution increases fostering a novel interaction between the components of autonomic nervous regulation reflected by both qualitative and quantitative alterations in the structure and patterns of correlation clusters. These findings contribute to our understanding of the physiological mechanisms behind the morphofunctional readjustments of Caucasian men in the process of adaptation to the harsh climatic conditions of the Russian North-East.

About the authors

Inessa V. Averyanova

Scientific Research Center “Arktika”

Author for correspondence.
Email: Inessa1382@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4511-6782
SPIN-code: 9402-0363

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, 24 Karl Marx street, 685000 Magadan

Arkadiy L. Maksimov

Scientific Research Center “Arktika”; Institute of Physiology, Komi Science Centre

Email: arkmax@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1089-4266
SPIN-code: 6614-2169

MD, Dr. Sci. (Med.), professor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 24 Karl Marx street, 685000 Magadan; Syktyvkar

References

  1. Kaznacheev VP, Kulikov VJu, Panin LE, i dr. Mehanizmy adaptacii cheloveka v uslovijah vysokih shirot. Leningrad: Medicina; 1980. 200 p. (In Russ).
  2. Avcyn AP, Zhavoronkov AA, Marachev AG, Milovanov AP. Patologija cheloveka na Severe. Moscow: Medicina; 1985. 250 p. (In Russ).
  3. Agadzhanjan NA, Zhvanyj NF, Anan'ev VN. Adaptacija cheloveka k uslovijam Krajnego Severa: jekologo-fiziologicheskie mehanizmy. Moscow: KRUK; 1998. (In Russ).
  4. Krivoshhekov SG, Ohotnikov SV. Proizvodstvennye migracii i zdorov'e cheloveka na Severe. Moscow–Novosibirsk: SO RAMN; 2000. 118 p. (In Russ).
  5. Bojko ER. Fiziologo-biohimicheskie osnovy zhiznedejatel'nosti cheloveka na Severe. Ekaterinburg: UrO RAN; 2005. 190 p. (In Russ).
  6. Kim LB. Transport kisloroda pri adaptacii cheloveka k uslovijam Arktiki i kardiorespiratornoj patologii. Novosibirsk: Nauka; 2015. 216 p. (In Russ).
  7. Maksimov AL. Sovremennye jekologo-social'nye aspekty biomedicinskih issledovanij po adaptacii cheloveka na Severo-Vostoke Rossii. In: Sever: arkticheskij vektor social'no-jekologicheskih issledovanij. Syktyvkar: Komi nauchnyj centr UrO RAN; 2008. P. 109–118. (In Russ).
  8. Averyanova IV, Maksimov AL. Cardiohemodynamic and heart rate variability changes observed in the North newcomer сaucasians and people born to them in the 1st–2nd generations at active orthostatic test exposure. The Siberian Scientific Medical Journal. 2021;41(3):45–52. (In Russ). doi: 10.18699/SSMJ20210306
  9. Hasnulin VI. Sindrom poljarnogo naprjazhenija. In: Hasnulin VI, Vil'gel'm VD, Voevoda MI, i dr. Mediko-jekologicheskie osnovy formirovanija, lechenija i profilaktiki zabolevanij u korennogo naselenija Hanty-Mansijskogo avtonomnogo okruga. Novosibirsk: Izdatel'stvo Sibirskogo otdelenija RAN; 2004. P. 24–35. (In Russ).
  10. Dydymov NA, Koinosov AP. Circumpolar hypoxia: a review paper. The Scientific and Practical Journal of Medicine. 2021;(1):12–15. (In Russ). doi: 10.25017/2306-1367-2021-27-1-12-15
  11. Bagnetova EA, Malyukova TI, Bolotov SV. Adapting the human body to living conditions in the Northern region. Advances in Current Natural Sciences. 2021;(4):111–116. (In Russ). doi: 10.17513/use.37616
  12. Hochachka PW. Mechanism and evolution of hypoxia-tolerance in humans. J Exp Biol. 1998;201(Pt 1):1243–1254. doi: 10.1242/jeb.201.8.1243
  13. Solovyov VS, Litovchenko OG, Solovyova SV, et al. Comprehensive north adaptation studies. Surgut State University Journal. 2016;(3):54–56. (In Russ).
  14. Hasnulin VI. Jetnicheskie osobennosti psihofiziologii korennyh zhitelej Severa kak osnova vyzhivanija v jekstremal'nyh prirodnyh uslovijah. In: Haritonova VI, editor. Problemy sohranenija zdorov'ja v uslovijah Severa i Sibiri: trudy po medicinskoj antropologii. Moscow: Tipografija Novosti; 2009. 511 p. (In Russ).
  15. Novikov VS, Soroko SI, Shustov EB. Desadaptation states of man to exposure to extreme сonditions and their correction. Saint Petersburg: Polytechnic-print; 2018. 548 p. (In Russ).
  16. Grasgruber P, Sebera M, Hrazdíra E, et al. Major correlates of male height: a study of 105 countries. Econ Hum Biol. 2016;21:172–195. doi: 10.1016/j.ehb.2016.01.005
  17. Komlos J, Lauderdale BE. The mysterious trend in American heights in the 20th century. Ann Hum Biol. 2015;34(2):206–215. doi: 10.1080/03014460601116803
  18. Bocharov MI. Thermoregulation in cold environments (review). Report I. Journal of Medical and Biological Research. 2015;(1):5–15. (In Russ).
  19. Purkayastha SS, Majumdar D, Selvamurthy W. Cold acclimatization of tropical men during short and long term sojourn to polar environment. Defence Science Journal. 1997;47:149–158. doi: 10.14429/dsj.47.3987
  20. Chen X, Xue P, Liu L. Outdoor thermal comfort and adaptation in severe cold area: a longitudinal survey in Harbin. China Build Environ. 2018;143(73):548–560. doi: 10.1016/j.buildenv.2018.07.041
  21. Zlatar T, Costa JT, Vaz M, Santos Baptista J. Influence of severe cold thermal environment on core and skin temperatures: a systematic review. Work. 2019;62(2):337–343. doi: 10.3233/wor-192868
  22. Bagnetova EA. Features of adaptation, psychological and functional state of the human body in the conditions of the North. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2014;(4):63–68. (In Russ).
  23. Sergeychik OI, Yaroslavskaya EI, Plyusnin AB. Impact of environmental factors on the risk of cardiovascular disease in the population of the Arctic. Journal of Medical and Biological Research. 2022;10(1):64–72. (In Russ). doi: 10.37482/2687-1491-Z091
  24. Kompleks dlja analiza variabel'nosti serdechnogo ritma. Rukovodstvo po jekspluatacii. Rjazan': RAMENA; 2005. (In Russ).
  25. Baevskij RM, Ivanov GG, Chirejkin LV, i dr. Analiz variabel'nosti serdechnogo ritma pri ispolozovanii razlichnyh jelektrokardiograficheskih sistem (metodicheskie rekomendacii). Journal of Arrhythmology. 2001;(24):65–87. (In Russ).
  26. Borovikov VP. Statistica. Iskusstvo analiza dannyh na komp'jutere: dlja professionalov (2-e izd.). Saint Petersburg: Piter Print; 2003. 688 p. (In Russ).
  27. Webber CL Jr, Zbilut JP. Dynamical assessment of physiological systems and states using recurrence plot strategies. J Appl Physiol (1985). 1994;76(2):965–973. doi: 10.1152/jappl.1994.76.2.965
  28. Sudakov KV. Obshhaja teorija funkcional'nyh sistem. Moscow: Medicina; 1984. (In Russ).
  29. Bertalanffy L. General system theory: foundations, development, applications. New York: George Braziller; 1968.
  30. Soroko SI. Nejrofiziologicheskie mehanizmy individual'noj adaptacii cheloveka v Antarktide. Leningrad: Nauka; 1984. 152 p. (In Russ).
  31. Krivoshchekov SG, Divert GM. Principles of physiological regulation of body functions in incomplete adaptation. Human physiology. 2001;27(1):115–121. (In Russ).
  32. Krivoshchekov SG, Leutin VP, Divert VE, et al. System mechanisms of adaptation and compensation. The Bulletin of Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences. 2004;(2):148–153. (In Russ).
  33. Medvedev VI, Mar'janovich AT, Aver'janov VS. Komponenty adaptacionnogo processa. Leningrad: Nauka; 1984. 110 p. (In Russ).
  34. Pastuhov JuF, Maksimov AL, Haskin VV. Adaptacija k holodu i uslovijam Subarktiki: problemy termofiziologii. Magadan: SVNC DVO RAN; 2003. 20 p. (In Russ).
  35. Gudkov AB, Popova ON, Nebuchennyh AN. Novosely na Evropejskom Severe. Fiziologo-gigienicheskie aspekty: monografija. Arhangel'sk: Severnyj gosudarstvennyj medicinskij universitet; 2012. 284 p. (In Russ).
  36. Gudkov AB, Popova ON, Bogdanov MU, Shcherbina FA. Characteristics of pulmonary gas exchange in the young replenishment of the navy in the Arctic zone. Marine Medicine. 2019;2:71–75. (In Russ). doi: 10.22328/2413-5747-2019-5-2-71-75
  37. Kozyreva TV, Tkachenko EYa, Simonova TG. The functional modifications under the long-term adaptation to COLD. Progress in Physiological Science. 2003;34(2):76–84. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structures of correlation clusters of hemodynamic and heart rate variability indices in young men across generations generations: a — 0 generation, b — 1st generation, c — 3rd generation. HF — power of the high–frequency band (0.40–0.15 Hz), LF — power of the low-frequency band (0.15–0.04 Hz), САД — systolic blood pressure, ДАД — diastolic blood pressure, ЧСС — heart rate, МОК — cardiac output.

Download (153KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».