The impact of magnesium on psycho-emotional stress and functional activity of the cardiovascular system in students from African countries

Anatoly A. Kirichuk; Киричук Анатолий Александрович; Anna S. Klimenko; Клименко Анна Сергеевна; Yulia N. Lobanova; Лобанова Юлия Николаевна; Anna E. Pobilat; Побилат Анна Евгеньевна; Aksana N. Mazilina; Мазилина Аксана Николаевна; Anastasia A. Koroleva; Королева Анастасия Александровна

doi:10.22363/2313-2310-2020-28-4-408-416

The impact of magnesium on psycho-emotional stress and functional activity of the cardiovascular system in students from African countries

Authors: Kirichuk A.A.¹, Klimenko A.S.¹, Lobanova Y.N.¹, Pobilat A.E.¹, Mazilina A.N.¹, Koroleva A.A.²
Affiliations:
1. Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
2. Center for Biotic Medicine
Issue: Vol 28, No 4 (2020)
Pages: 408-416
Section: Human ecology
URL: https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/27354
DOI: https://doi.org/10.22363/2313-2310-2020-28-4-408-416
ID: 27354

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The objective of the study is investigation of the impact of magnesium on psycho-emotional stress and functional activity of the cardiovascular system in foreign male students of African origin. A total of 33 male first course students were involved in the study. The examinees were supplemented with 150 mg/day of magnesium. Evaluation of serum and urinary Mg levels was performed using inductively-coupled plasma mass-spectrometry, whereas functional activity of the cardiovascular system and psycho-emotional stress were assessed using Angioscan-01 diagnostic complex both before and after a course of magnesium supplementation. It has been demonstrated that magnesium supplementation resulted in a significant 3% increase in serum Mg levels as compared to baseline. The observed increase in circulating magnesium levels was associated with a significant 26% decrease in stress index, whereas arterial stiffness index significantly reduced by 3%. A significant increase in absolute systole duration and time from the start of the pulse wave to a maximum of the early systolic wave was also observed. The results of the study demonstrate a significant decrease in stress index and arterial stiffness in response to magnesium intake, being in agreement with the existing data on protective effects of magnesium. Therefore, monitoring of magnesium supply and its improvement may be considered as a valuable tool supporting somatic and psychic health of students thus improving their academic performance.

Keywords

magnesium, stress, arterial stiffness, functional activity, foreign students

Full Text

Введение Обучение в высшей школе предъявляет высокие требования к студентам, что способствует развитию психоэмоционального стресса [1]. Одной из наиболее подверженных развитию стресса групп являются студенты-иностранцы, которые также находятся под влиянием инородной культурной среды и климатогеографических факторов [2]. Развитие психоэмоционального стресса у студентов сопровождается снижением академической успеваемости [3], а также развитием широкого спектра патологических состояний. Одним из механизмов формирования последних является стресс-индуцированное нарушение реактивности сердечно-сосудистой системы [4]. Так, в ранее проведенных нами исследованиях была установлена большая выраженность стресса у студентов-иностранцев, ассоциированная с жесткостью крупных сосудов, частотой сердечных сокращений и другими нарушениями сосудистой реактивности [5]. При этом один из факторов, влияющих на формирование данных различий, - обеспеченность организма студентов эссенциальными макро- и микроэлементами [6]. Одним из наиболее значимых химических элементов, обладающим выраженным нейропротективным эффектом, является магний [7]. При этом нейропротективное действие магния реализуется и при органических повреждениях нервной системы [8]. Стоит отметить, что магний играет значительную роль в функционировании сердечно-сосудистой системы, тогда как его дефицит ассоциирован с широким спектром кардиоваскулярной патологии [9]. Таким образом, подтверждена роль магния как средства профилактики нервно-психических и сердечно-сосудистых нарушений в группах риска. Определение уровня магния и других макро- и микроэлементов является средством предиктивной медицины. Основываясь на ранее выявленном дефиците уровня магния у студентов-иностранцев, в том числе прибывших из стран Африки [6], коррекция обмена магния может являться перспективным инструментом профилактики функциональных нарушений в данной группе лиц. Цель исследования - изучение влияния дополнительного поступления в организм магния на выраженность психоэмоционального напряжения и функциональную активность сердечно-сосудистой системы у студентов-иностранцев. Материалы и методы Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (1964) на добровольной основе после получения добровольного информированного согласия на участие в исследовании. Протокол исследования одобрен Локальным этическим комитетом при Российском университете дружбы народов (РУДН). В исследовании приняли участие 33 иностранных студента мужского пола, прибывших из стран экваториальной Африки (Экваториальная Гвинея, Гвинея-Бисау, Демократическая Республика Конго, Чад, Ангола, Бурунди) и обучающихся на первом курсе РУДН. Средний возраст обследуемых составил 25,0 ± 3,6 лет при среднем росте 178,6 ± 7,8 см и весе 74,3 ± 10,5 кг. В ходе исследования изучалось влияние приема магния на выраженность психоэмоционального напряжения и функциональной активности сердечно-сосудистой системы у студентов. В частности, в течение 30 дней студенты принимали 150 мг/сут магния в составе магнийсодержащей биологически активной добавки (аспарагинат магния) к пище, имеющей сертификат государственной регистрации и предоставляющейся обследуемым на безвозмездной основе. В ходе работы выполнялось обследование студентов в двух контрольных точках: до и после месячного курса приема магния. На каждом из этапов обследование включало оценку функциональной активности сердечно-сосудистой системы, выраженности психоэмоционального напряжения, а также уровня магния в индикаторных биосубстратах обследуемых. Для непосредственной оценки эффективности поступления магния в организм осуществлялось определения содержания данного элемента в индикаторных биосубстратах, сыворотке крови и моче. Забор крови из локтевой вены осуществлялся с использованием системы для взятия венозной крови Vacuette (Greiner Bio-One, Австрия) с последующим центрифугированием в течение 10 мин при 1600 об/мин и отбором сыворотки в пробирки типа Eppendorf. Процедура забора крови осуществлялась процедурной медицинской сестрой в условиях лаборатории. Студентами самостоятельно осуществлялся сбор средней порции мочи в контейнер Vacuette. Перед анализом образцы сыворотки крови и мочи подвергались пробоподготовке, включающей разведение подкисленным дилюентом (pH = 2,0; 1:15 v/v), содержащим 8 % 1-бутанола, 0,8% Тритона X-100, 0,02 % гидроксида тетраметиламмония и 0,02 % этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Определение содержания магния в сыворотке крови и моче обследуемых проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на спектрометре NexION 300D (PerkinElmer Inc., США), оснащенном автодозатором ESI SC-2 DX4 (Elemental Scientific Inc., USA). Калибровка системы ИСП-МС производилась с использованием стандартных растворов солей магния в ожидаемых пределах обнаружения, изготовленных на основе Universal Data Acquisition Standards Kit (PerkinElmer Inc., США). Также выполнялась внутренняя онлайн-стандартизация с использованием растворов иттрия (Y) и родия (Rh), изготовленных на основе соответствующих наборов (Pure Single-Element Standard, PerkinElmer Inc., США). С целью контроля качества проводился анализ сертифицированных референтных образцов мочи ClinChek Urine Control (Recipe, Германия) и плазмы крови ClinChek Plasma Control for Trace Elements, levels I and II (Recipe, Германия). Соответствие опытных значений сертифицированным для обеих матриц варьировало от 94 до 102 %, при этом во всех случаях находясь в сертифицированных интервалах концентраций. Изучение функциональной активности сердечно-сосудистой системы студентов осуществлялось с использованием диагностического комплекса АнгиоСкан-01 (АнгиоСкан Электроникс, Россия) и регистрацией широкого спектра функциональных показателей. В частности, определялись ЧП - частота пульса, AGI - возрастной индекс, VA - возраст сосудистой системы; SI - индекс жесткости, свидетельствующий о тонусе аорты и ее ветвей, RI - индекс отражения, являющийся маркером тонуса периферических сосудов, ED и %ED - абсолютная и относительная продолжительность систолы, Spa - центральное систолическое давление в проксимальном отделе аорты и брахиоцефальных сосудах, PD - длительность пульсовой волны; AIp, % - индекс аугментации (увеличения) абсолютный и AIp75, представляющий собой индекс увеличения, приведенный к частоте сердечных сокращений 75, TdVMax - момент наибольшей скорости изменения кровенаполнения капилляров пальца, T1 и Т2 - 1 и 2 пики пульсовой волны соответственно; dTpp - интегральный показатель, являющийся маркером эластичности аорты. Наряду с оценкой функциональных показателей сердечно-сосудистой системы с использованием диагностического комплекса АнгиоСкан-01 также проводилась оценка индекса стресса (ИС), или индекса напряжения Баевского. Статистический анализ полученных данных производился с использованием программного обеспечения Statistica 10.0 (Statsoft, USA) для операционной системы Windows. Данные представлены в виде средней арифметической величины и соответствующих значений стандартного отклонения. Достоверность изменений изучаемых показателей оценивалась с использованием критерия знаков. Результаты считались достоверными при p < 0,05. Результаты и их обсуждение Дополнительный курс приема 150 мг магния в сутки в течение 30 дней приводил к достоверному увеличению (p = 0,023) концентрации магния в сыворотке крови на 3 % (22,1 ± 1,3 мкг/мл) относительно исходных значений (22,8 ± 1,6 мкг/мл). В то же время достоверных изменений в концентрации магния в моче выявлено не было (p = 0,724), хотя и имело место снижение экскреции макроэлемента с мочой (64,0 ± 26,4 мкг/мл) относительно исходного уровня (51,1 ± 19,2 мкг/мл). Увеличение поступления с пищей магния в течение месяца сопровождалось значительными изменениями психоэмоционального напряжения и функциональной активности сердечно-сосудистой системы (см. таблицу). Так, величина индекса Баевского у студентов-африканцев, получающих магний, характеризовалась достоверным 26%-м снижением по сравнению с исходными показателями. Также отмечалось достоверное 3%-е снижение индекса жесткости крупных сосудов, таких как аорта и ее ветви, по окончании курса приема магния. Помимо этого, выявлено достоверное увеличение абсолютной длительности систолы (ED, мс). Отмечаемому увеличению абсолютной длительности систолы соответствует обнаруживаемое увеличение времени от начала пульсовой волны до максимума ранней систолической волны. Тем не менее, несмотря на данные различия, сколько-нибудь значимых изменений в длительности систолы относительно общей длительности сердечного цикла (%ED, %) выявлено не было. Результаты проведенного исследования свидетельствуют о статистически значимом снижении выраженности психоэмоционального напряжения и индекса жесткости артерий под влиянием приема магния, что согласуется с литературными данными о протективном эффекте магния. В частности, в ходе недавно проведенного систематического обзора показано, что прием магния сопровождается достоверным снижением выраженности психоэмоционального стресса и раздражительности [10]. Данное наблюдение также согласуется с выявленной протективной ролью магния в отношении других умственных и психических расстройств [11]. Показатели функциональной активности сердечно-сосудистой системы и индекса напряжения Баевского у студентов-африканцев до и после месячного приема магния Показатель До приема После приема p ЧП, уд/ми 73,0 ± 13,2 72,9 ± 10,5 0,850 АIр75, % -8,5 ± 9,9 -9,8 ± 11,2 0,855 VA, лет 37,3 ± 8,4 37,3 ± 9,2 0,441 Стресс 128 ± 101,9 101,4 ± 65,6 0,045* АIр, % -8,2 ± 11,8 -10,6 ± 12,9 0,361 SI, м/сек 7,5 ± 1,4 7,3 ± 1,3 0,018* %ED, % 33,1 ± 5 33,6 ± 4,3 0,845 aSI, м/сек 9,2 ± 2,2 9,3 ± 2,6 0,850 RI, % 26,1 ± 9,3 26,4 ± 8,8 0,855 AGI -0,8 ± 0,2 -0,8 ± 0,2 0,480 ED, vc 275 ± 19,6 277,5 ± 15,6 <0,001* PD, мс 847,6 ± 141,8 838,4 ± 113,9 0,710 T1, мс 115,5 ± 11,8 118,1 ± 9 0,018* T, мс 212,2 ± 17,3 214,4 ± 15,8 0,345 dTpp, мс 96,8 ± 15,1 96,3 ± 15,9 0,710 Spa, мм рт. ст 129,3 ± 4,8 129,1 ± 4,6 0,845 Примечание. Данные представлены в виде средней и среднеквадратического отклонения. * - достоверность при p < 0,05 в соответствии с критерием знаков. Indicators of the functional activity of the cardiovascular system and the Baevsky stress index in African students before and after a month’s intake of magnesium Indicator Before admission After taking p ChP, beats/min 7.0 ± 13.2 72.9 ± 10.5 0.850 АIр75, % -8.5 ± 9.9 -9.8 ± 11.2 0.855 VA, years 37.3 ± 8.4 37.3 ± 9.2 0.441 Stress 128 ± 101.9 101.4 ± 65.6 0.045* АIр, % -8.2 ± 11.8 -10.6 ± 12.9 0.361 SI, m/s 7.5 ± 1.4 7.3 ± 1.3 0.018 * %ED, % 33.1 ± 5 33.6 ± 4.3 0.845 aSI, m/s 9.2 ± 2.2 9.3 ± 2.6 0.850 RI, % 26.1 ± 9.3 26.4 ± 8.8 0.855 AGI -0.8 ± 0.2 -0.8 ± 0.2 0.480 ED, vc 275 ± 19.6 277.5 ± 15.6 <0.001* PD, мс 847.6 ± 141.8 838.4 ± 113.9 0.710 T1, мс 115.5 ± 11.8 118.1 ± 9 0.018* T, мс 212.2 ± 17.3 214.4 ± 15.8 0.345 dTpp, мс 96.8 ± 15.1 96.3 ± 15.9 0.710 Spa, mmHg 129.3 ± 4.8 129.1 ± 4.6 0.845 Source: data are presented as mean and standard deviation. * - reliability at p <0.05 in accordance with the sign criterion. Напротив, дефицит магния сопровождается нарушением функционирования гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и, как следствие, дисрегуляцией стрессорной реакции и развитием тревожности [12]. Стоит отметить, что дефицит магния также может сопровождаться развитием более выраженных патологий нервной системы, таких как нейродегенеративные и демиелинизирующие заболевания [13]. Подобные эффекты магния обусловлены его ролью в регуляции роста и развития нейронов, их энергетического метаболизма и передачи сигналов, а также антиоксидантной и противовоспалительной функциями [7]. В ходе исследования также было выявлено снижение жесткости сосудистого русла у обследуемых при приеме магния. Данное наблюдение согласуется с результатами исследования, свидетельствующими о достоверном снижении жесткости артерий и, как следствие, артериального давления при увеличении уровня магния в диализате у пациентов, находящихся на гемодиализе [14]. Также отмечено снижение толщины комплекса интима-медиа сонных артерий при длительном приеме магния у пациентов с сахарным диабетом 2 типа [15], что может обусловливать изменение жесткости артерий. Напротив, дефицит магния сопровождается увеличением жесткости артерий и развитием эндотелиальной дисфункции, таким образом способствуя развитию артериальной гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний [16]. Заключение Прием в течение месяца студентами-африканцами магния по 150 мг в сутки приводил к достоверному увеличению концентрации магния в сыворотке крови на 3 % относительно исходных значений, а также сопровождался достоверным снижением величины индекса стресса Баевского на 26 % по сравнению с исходными показателями. Необходимо отметить, что после месячного приема магния отмечалось достоверное снижение на 3 % индекса жесткости крупных сосудов, таких как аорта и ее ветви. Таким образом, результаты проведенного исследования подтверждают значимость коррекции обмена магния в качестве средства профилактической медицины [17], причем установлена эффективность данного элемента и в профилактике функциональных нарушений у физически здоровых обследуемых, не входящих в группы риска. В этой связи мониторинг обеспеченности организма студентов-иностранцев магнием и его коррекция могут являться инструментом поддержания соматического и психического здоровья студентов и, как следствие, повышения их академической успеваемости.