Системы кардиогемодинамики и дыхания детей 7-9 лет в состоянии относительного покоя и под влиянием функциональных нагрузок в условиях севера
На правах рукописи
САТОСОВА НАТАЛЬЯ ЛЕОНИДОВНА СИСТЕМЫ КАРДИОГЕМОДИНАМИКИ И ДЫХАНИЯ ДЕТЕЙ 7-9 ЛЕТ В СОСТОЯНИИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОКОЯ И ПОД ВЛИЯНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАГРУЗОК В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА 03.00.13 – Физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Архангельск - 2007
Работа выполнена на базе лаборатории проблем гипоксии ГОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет»
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Иржак Лев Исакович
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Ишеков Николай Сергеевич доктор медицинских наук, профессор Совершаева Светлана Леонидовна
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»
Защита диссертации состоится 15 ноября 2007г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.191.01. при Поморском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, ул.
Бадигина, д.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Автореферат разослан 12 октября 2007г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат медицинских наук, доцент Н.В. Афанасенкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Состояние здоровья населения России за последние годы приобрело явно негативные тенденции. Экологическая ситуация в мире настолько резко обострилась, что становится проблематичным само выживание человека как биологического вида. Оценка роли неблагоприятных воздействий на организм человека, обусловленных экологическими условиями, представляет собой важнейшую задачу физиологии на современном этапе (В.П. Казначеев, 1980;
Г.И. Сидоренко с соавт., 1991;
Н.А. Агаджанян с соавт., 1994;
А.А. Келлер с соавт., 1999;
Н.А.
Агаджанян, 2001). Для возрастной физиологии эта задача особо значима и сложна в решении в связи с многофакторностью влияний на детский организм (С.В. Алексеев с соавт., 1993;
Н.Н. Авдеева с соавт., 1994;
Г.Г. Бральнина, 1995).
Реакция организма ребенка на воздействия окружающей среды в различные возрастные периоды зависит от степени морфофункциональной зрелости физиологических систем (Д.А. Фарбер с соавт., 1990;
Ф.Г. Ситдиков с соавт., 1998;
М.В. Антропова с соавт., 1999;
М.М. Безруких с соавт., 2000, 2007;
С.И. Русинова с соавт., 2007). Особое внимание привлекает возраст 7- лет, т.к. младшие школьники начинают испытывать большие эмоциональные и физические перегрузки в связи с новыми социальными условиями - началом обучения в школе, гиподинамией, новыми контактами (А.Г. Сухарев, 1991;
В.К. Спирин, 2000;
С.П. Левушкин, 2002;
Л.М. Козак с соавт., 2002;
Э.Н.
Вайнер с соавт., 2005). Среди школьников к практически здоровым могут быть отнесены лишь 8,6 – 14,2% детей. За период обучения в начальной школе число здоровых детей сокращается в 4-5 раз.
Действие новых факторов особо проявляется в районах Севера (Ф.З.
Меерсон, 1993;
М.П. Рощевский с соавт., 1994;
Ю.Г. Солонин, 1998;
Ю.С.
Ванюшин, 1999;
Н.А. Агаджанян, 2001), в том числе и в Республике Коми (М.П. Рощевский с соавт., 2006;
В.Г. Евдокимов с соавт., 2007). Наряду с климатическими условиями, существенное влияние на функциональное состояние систем организма ребенка оказывают сезонные изменения окружающей среды, а также ежедневные колебания погодных условий и суточные ритмы (Е.Г. Сучкина, 1985;
С.В. Алексеев с соавт., 1993;
Н.Н.
Гребнева, 2001;
О.В. Рогачевская, 2002;
А.Н. Силантьев с соавт., 2005;
Е.Р.
Бойко с соавт., 1995, 2007;
В.Г. Евдокимов с соавт., 2007;
Е.Р. Бойко, 2005;
О.В. Кузнецова, 2007).
Особую роль в процессах адаптации к этим воздействиям играют системы кардиогемодинамики и дыхания. Аппарат кровообращения является лимитирующим звеном в системе транспорта кислорода. Выявляя морфофизиологические особенности реакции организма на функциональные нагрузки (М.Е. Маршак, 1961;
А.В. Чаговадзе, 1984;
A.M. Yefimenko et al., 1991;
Физиол. человека, 1994) можно судить о функциональных резервах всей кардиореспираторной системы (S. Wragg et al., 1992;
В.И. Миняев, 1994;
Н.А.
Агаджанян с соавт., 1996;
А.Ю. Модин, 1998;
L.I. Irzhak et al., 2001;
З.Б.
Белоцерковский с соавт., 2002).
В целом, анализ литературы показывает, что проблемы адаптации за счет гемодинамики и легочной вентиляции рассматриваются в большом количестве работ (Г.С. Шишкин с соавт., 1998;
Н.В. Хураськина, 2003;
В.Г. Евдокимов с соавт., 2007). Однако, исследования с учетом младшего школьного возраста испытуемых, климатических, сезонных условий, недостаточно разработаны. В связи с тем, что решение фундаментальных задач возрастной физиологии тесно связано с практикой, социальными проблемами, здравоохранением и педагогикой, в дополнительном изучении нуждаются такие проблемы как влияние внешних факторов на состояние системы энергообеспечения организма у младших школьников, прогнозирование функциональных резервов организма детей в различные периоды учебного года.
Цель и задачи исследования. Цель работы – исследование систем кардиогемодинамики и дыхания для определения функциональных резервов организма ребенка в начальном периоде второго детства.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Определить у детей 7-9 лет показатели кардиогемодинамики и дыхания в состоянии относительного покоя и под действием функциональных проб.
2. Установить уровни потребления кислорода и энергозатрат в покое и при физической работе. 3. Определить вариабельность сердечного ритма по интервальным и амплитудным характеристикам в покое и под влиянием нагрузок. 4. Выявить корреляции между показателями кардиогемодинамики и дыхания в зависимости от сезона, пола и возраста детей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Функциональные резервы и работоспособность детей зависят от вида нагрузки и сезона: работоспособность осенью увеличена, а функциональные резервы снижены.
2. Кардиоинтервалы и кардиоамплитуды служат индикатором гипоксии, обусловленной влиянием холода и произвольной остановки внешнего дыхания. Гипоксический фактор сопровождается осенью снижением кардиоинтервалов и кардиоамплитуд вдвое по сравнению с их величиной весной.
3. Соотношения между показателями кардиогемодинамики, дыхания и энергетических затрат зависят от возраста, сезона и пола.
Научная новизна исследования. Впервые проведены комплексные исследования систем кардиогемодинамики и дыхания у детей 7-9 лет обоего пола с учетом сезонных факторов. Исследованы показатели кардиогемодинамики и дыхания в покое и при нагрузке различной направленности: ЧСС, АД, произвольная остановка внешнего дыхания (ПОВД) на вдохе, частота дыхания (ЧД), ЭКГ. Расчетным путем определены PWC170, МПК, ПК, энергозатраты (ЭЗ) в состоянии относительного покоя.
Впервые определены энергозатраты при физической работе (ЭЗмакс.), кислородный резерв (рез.О2). Рассчитаны корреляции между показателями кардиогемодинамики и дыхания.
В результате исследования установлено, что у детей 7-9 лет функциональные резервы осенью снижены по сравнению с весной на 1/3, работоспособность осенью повышена. Впервые по данным ЭКГ детей младшего школьного возраста составлены интервалограммы (ИГ) и амплитудограммы (АГ), показана их высокая индивидуальная изменчивость, что позволило выявить новые особенности работы сердца у детей 7-9 лет:
уменьшение интервалов RR и амплитуд зубца QR в осенний период и под влиянием функциональных проб. Впервые получены данные об уровне энергетических затрат в условиях Севера у детей 7-9 лет в покое и при нагрузках.
Результаты проведенных исследований позволяют оценить состояние важнейших физиологических показателей детей 7-9 лет в покое и при физических нагрузках. Полученные материалы представляют интерес для дальнейшей разработки фундаментальных закономерностей онтогенеза человека.
Научно – практическая значимость исследования. Данные о том, что функциональные резервы (ФР) у детей 7-9 лет осенью и весной существенно различаются, вносят определенный вклад в дальнейшую разработку представлений об особенностях адаптации детей в начальном периоде обучения в школе и способствуют раскрытию проблемы адаптации детей к внешним воздействиям за счет кардиореспираторной системы.
Полученные в работе материалы представляют интерес для оценки резервных возможностей организма ребенка, которые расходуются под влиянием изменяющегося образа жизни, новых требований в связи с началом обучения в школе. Показатели кардиогемодинамики, дыхания и энергообмена, установленные в результате исследований, могут быть использованы в качестве нормативов при составлении базы данных о состоянии кардиореспираторной и дыхательной системы ребенка, его энергетики в раннем периоде адаптации в условиях Севера.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планами НИР лаборатории проблем гипоксии СыктГУ по теме: «Мобилизация адаптационных механизмов висцеральных систем человека и животных в условиях Севера». Код ГРНТИ 34.39.53. Приоритетные направления III. П. Технология живых систем. Исследования поддержаны грантами «Университеты России» УР 11.01.024 «Влияние условий Европейского Севера на кардиореспираторные функции человека в критических периодах индивидуального развития» (2004), «Университеты России» УР 11.01. «Мониторинг кардиореспираторных функций человека в условиях Европейского Севера» (2005), грант Министерства образования России Е–02– 6.0–18 «Функциональные резервы кардиореспираторной системы человека» (2005).
Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре теории и методики физической культуры и спорта (акт о внедрении от 20.05.2007г.) и научно-исследовательской работе лаборатории проблем гипоксии (акт о внедрении от 5.09.2007г.) Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на научных семинарах лаборатории проблем гипоксии (2004 2007);
«Февральских чтениях» (Сыктывкар, 2005, 2006, 2007);
межрегиональной научно-практической конференции «Совершенствование профессиональной подготовки специалистов в области физической культуры и спорта в современных условиях» (Киров, 2004);
XV, XVI, XVII Коми республиканской научной конференции студентов и аспирантов «Человек и окружающая среда» (Сыктывкар, 2005, 2006, 2007);
I Международной научно практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006);
V, VI молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2006, 2007);
XIII Международном совещании и VI школе по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2006);
всероссийской научно практической конференции с международным участием «Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере» (Архангельск, 2006);
X школе семинаре «Вопросы экспериментальной и клинической физиологии дыхания» (Тверь, 2007);
I Всероссийской научно-практической конференции «Состояние окружающей среды и здоровье населения» (Курган, 2007).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 21 рисунком и 29 таблицами.
Библиография включает 195 работ, из них 160 отечественных и 35 зарубежных авторов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Проведено исследование 158 учащихся 1 и 2 класса средней школы № г. Сыктывкара в возрасте 7-9 лет обоего пола. Из 158 детей, участвовавших в экспериментах, 44 ребенка прошли все три этапа работы (осень-весна-осень).
Все обследованные школьники относились к 1-2 группам здоровья, на уроках физкультуры занимались в основной группе. Дети были разделены на группы с интервалом 1 год: 7 лет (6,6 – 7,5 лет и 29 дней), 8 лет (7,6 – 8,5 и 29 дней), лет (8,6 – 9,5 лет и 29 дней). Возрастную динамику показателей исследовали с учетом времени года (табл. 1). Исследования проводились с 12 до 14 часов в помещении с комфортным температурным режимом.
В состоянии относительного покоя регистрировали ЧСС– пальпаторно трижды по 10 с;
АД – аускультативно по методу Н.С. Короткову, на левой руке. Ширина манжеты – 10 см. ЖЁЛ измеряли с помощью сухого спирометра (дважды). Вдох и выдох проводился через рот. Подсчет частоты дыхания (ЧД) в состоянии относительного покоя и при функциональных пробах производился визуально в течение 1 мин.
Измерение продолжительности произвольной остановки внешнего дыхания (ПОВД) на максимальном вдохе (проба Штанге) проводили в стандартных условиях при температуре воздуха в помещении +22-24°C, в положении лежа, после предварительной вентиляции легких путем 1- глубоких вдохов и выдохов (В.Л. Карпман с соавт., 1988;
В.И. Дубровский, 1999). Продолжительность ПОВД регистрировали с помощью секундомера.
После окончания пробы с ПОВД в течение 1 минуты регистрировали ЧСС, АД, ЧД. По результатам ПОВД определяли потребление кислорода (ПК) по формуле (Л.И. Иржак, 2001,2002):
ПК (мл/кг/мин) = Ов · СК · 60/ П · 100 · МТ, где Ов – объем воздуха в ФОЁ легких (мл), который у детей 7-9 лет в среднем равен 1010 мл (Н.В. Лауэр, А.З. Колчинская, 1975);
СК – содержание кислорода в легочном воздухе (14%);
60 – коэффициент для пересчета данных (с);
П – продолжительность произвольной остановки внешнего дыхания (с);
100 – коэффициент для пересчета на 100 мл;
МТ – масса тела (кг).
Таблица Данные об испытуемых и использованных пробах Сезон Пол и Покой Проба Ортостатич. Проба с доз.
возраст (контроль) с ПОВД проба нагрузкой Осень м 23 23 14 23 2005 д 33 33 16 33 (октябрь 7 м 11 7 11 -ноябрь) д 18 12 18 8 м 12 7 12 д 15 4 15 Весна м 20 20 11 20 2006 д 30 30 14 30 (апрель) 7 м 5 2 5 д 3 2 3 8 м 15 9 15 д 27 12 27 Осень м 24 24 24 24 2006 д 28 28 28 28 (октябрь 8 м 12 12 12 -ноябрь) д 15 15 15 9 м 12 12 12 д 13 13 13 Зная ПК определяли энергетические затраты (ЭЗ) в покое по формуле (Л.И.
Иржак, 2002):
ЭЗ (ккал/кг/мин)= ПК · КЭК / 1000, где ПК – потребление кислорода в покое;
КЭК – калорический эквивалент кислорода (4,86 ккал/л);
1000 – коэффициент для пересчета в мл.
Определяли реакцию ССС на активный переход ребенка из положения лежа в положение стоя. Измеряли ЧСС, АД и ЧД. Данные показатели сравнивались с исходными.
В качестве пробы с дозированной нагрузкой использовался 2-х ступенчатый нагрузочный тест на велоэргометре PWC170 в модификации В.Л.
Карпмана (1988). PWC170 рассчитывали по формуле:
PWC170 = N1+(N2 - N1) · 170 - f1 / f2 - f1, где N1,2 – мощность 1 и 2 нагрузки;
f1,2 – ЧСС после 1 и 2 нагрузки.
Максимальное потребление кислорода определяли по формуле В.Л. Карпмана с соавт. (1988):
МПК (мл/кг/мин) = PWC170 · 1,7 + 1240.
Энергозатраты при работе определяли по формуле:
ЭЗмакс. (ккал/кг/мин) = МПК · КЭК/1000.
Зная ПК и МПК, вычисляли кислородный резерв по формуле (Л.И. Иржак, С.П. Дмитриева, 2006):
Рез.О2 = (МПК – ПК / МПК) · 100, где МПК – максимальное потребление кислорода (мл/кг/мин);
ПК – потребление кислорода (мл/кг/мин);
100 – коэффициент для пересчета в %.
С помощью электрокардиографа «Аксион» ЭК1Т регистрировали ЭКГ в состоянии покоя, во время и после выполнения пробы с ПОВД (с момента остановки дыхания и после начала дыхания – в восстановительный период), а также на 1-2 минуте выполнения активной ортостатической пробы (в положении стоя). Графическую регистрацию ЭКГ проводили во II стандартном отведении (З.Л. Долабчян, 1968;
В.Н. Орлов, 1983), на протяжении 100 кардиоциклов. Определяли с помощью линейки длительность кардиоинтервалов RR и амплитуду зубцов QR. По 100 кардиоциклам выстраивали индивидуальные и групповые интервалограммы (ИГ) и амплитудограммы (АГ).
Используя программное обеспечение Offis – 2000, вычисляли средние величины (х), ошибки средней (mx) и среднее квадратичное отклонение (), коэффициент вариации (СV, %). Определяли коэффициенты корреляции (r) (Г.Ф. Лакин, 1980). Различия между параметрами оценивали по t-критерию Стьюдента и методом парных сравнений, считая их достоверными при p0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Показатели кардиогемодинамики и дыхания в покое и под влиянием функциональных проб: ЧСС в покое в зависимости от сезона не изменялась, оставаясь на уровне 94-97 уд/мин (табл. 2). Достоверное снижение ЧСС с возрастом (от 7 к 9 годам) наблюдается у девочек, у мальчиков проявляется тенденция к снижению. На основе данных о ЧСС можно определить средние длительности кардиоциклов (КЦ) по соотношению КЦ = 60/ЧСС. Судя по приведенным значениям ЧСС, длительность КЦ находится на уровне 0,60-0,66 с. При сравнении со значениями показателей в покое, осенью ЧСС в ответ на ортопробу достоверно увеличивалась: у 7-летних детей на 11 12%, у 8-летних мальчиков учащение ЧСС более выраженное, чем у девочек (16% и 11% соответственно), у 9-летних на 16%. Весной достоверное учащение ЧСС было у детей 8 лет – 13%. Коэффициент вариации у мальчиков составил в среднем 10%, у девочек 9%. Реакция ЧСС на пробу увеличивается:
у мальчиков от 7 к 8 годам, а у девочек от 8 к 9 годам. В ответ на ПОВД ЧСС практически не изменялась независимо от времени года, достоверное увеличение на 13 % наблюдалось только у 7-летних девочек осенью. Реакция ЧСС на эту пробу у мальчиков и девочек одинакова. Коэффициент вариации ЧСС при ПОВД составлял в среднем 9% осенью и весной, у мальчиков до 22%, у девочек до 17%.
Таблица Показатели кардиогемодинамики в покое и при пробах Показатель Сезон Пол Покой Ортопроба ПОВД ЧСС, Осень М 93,0±1,7 109,7±1,7 95,7±1, уд/мин Д 96,8±1,7 109,3±1,4 97,1±1, Весна М 92,5±2,7 104,5±2,2 88,9±4, Д 98,4±2,6 112,7±2,1 97,3±3, САД, Осень М 98,9±1,0 99,1±0,9 99,2±0, мм.рт.ст. Д 96,5±1,2 96,8±1,0 98,6±1, Весна М 101,0±1,5 103,7±1,6 101,8±1, Д 97,8±1,4 100,8±1,5 101,8±1, ДАД, Осень М 61,5±1,0 71,8±1,4 65,0±1, мм.рт.ст. Д 62,6±1,0 69,4±1,1 66,0±1, Весна М 64,0±1,9 74,7±1,7 63,6±1, Д 62,7±1,3 71,2±1,4 66,8±1, САД у детей 7-9 лет находилось практически на одном уровне – 98- мм.рт.ст. у мальчиков и 96-102 мм.рт.ст. у девочек независимо сезона и реакции на пробы. Средние пределы изменений показателя в ответ на пробы составили от 4 до 9%.
В состоянии относительного покоя достоверных различий по величине ДАД между мальчиками и девочками не наблюдалось независимо от сезона. У 7-летних мальчиков отмечали достоверно большие величины ДАД весной (70,1±4,5 мм.рт.ст.), чем осенью (59,1±1,6 мм.рт.ст.) (p0,05). В ответ на ортопробу ДАД увеличивалось во всех возрастных группах, кроме 7-летних девочек осенью: у мальчиков на 13-16%, у девочек на 9-13%. Весной достоверное увеличение было только у 8-летних детей: у мальчиков на 17%, у девочек на 12%. Коэффициент вариации составил 12% у мальчиков осенью и от 7 до 18% весной. У девочек осенью показатель изменялся от 9 и до 16% и весной от 10 до 14%. При ПОВД ДАД осенью увеличивалось у 7-летних девочек на 13%, соответственно учащению ЧСС, весной не изменялось. У мальчиков ДАД не менялось независимо от сезона и возраста. Коэффициент вариации у мальчиков осенью был 13% и 10% весной. У девочек осенью ДАД изменялся от 10 и до 14% и весной от 5 до 10%.
Сравнивая полученные нами данные по кардиогемодинамике детей 7- лет в условиях Севера с данными литературы, отмечаем, что у наших испытуемых ЧСС в среднем выше на 10 уд/мин, чем у детей в работе В.Г. Евдокимова с соавт. (2007), в то время как САД и ДАД такие же. Эти различия могут означать проявление несколько большей возбудимости у наших испытуемых, повышенную реакцию на эксперимент. Реакция организма мальчиков на активную ортостатическую пробу по показателям кардиогемодинамики была более выражена, чем у девочек.
По имеющимся данным литературы, ЖЁЛ у детей 7-9 лет находится в пределах от 1100 до 2700 мл. Согласно полученным нами данным, ЖЁЛ у детей составила 1400 – 2000 мл. Наблюдаются достоверные различия ЖЁЛ у мальчиков между 7-8 и 8-9 годами осенью. У девочек осенью отмечены достоверные различия только между 7-8 годами. Весной у мальчиков и девочек ЖЁЛ по возрасту не различается. Осенью ЖЁЛ у мальчиков достоверно больше, чем у девочек. Весной у 7-летних детей различий по ЖЁЛ нет, коэффициент вариации в среднем составил 3%. Более высокая изменчивость ЖЁЛ отмечена у мальчиков 7 лет осенью – 10,3%.
Частота дыхания детей в наших экспериментах отличается от известных величин ЧД из литературы по северным регионам. В.Г.Евдокимов с соавт.
(2007) приводит величины ЧД детей 7-9 лет от 21,8 ± 3,7 до 23,0 ± 4,6 дв/мин в зависимости от пола. По нашим данным, у мальчиков 7-9 лет и у девочек в лет ЧД несколько более высокая. Достоверно различаются ЧД у мальчиков и девочек 8 лет осенью, у мальчиков ЧД около 26 дв/мин, у девочек около дв/мин. Изменчивость показателя у мальчиков осенью составила от 8 до 18%, весной 19-21%. У девочек коэффициент вариации был от 15 до 18%, весной 20-28%.
2. Показатели ЭКГ в покое и под влиянием функциональных проб:
Длительность интервалов RR в покое у мальчиков в среднем составляла 0,64±0,001 с, у девочек 0,60±0,001 с (рис. 1). У мальчиков длительность RR больше, чем у девочек. Неравномерность ритма при средней величине ЧСС 92 98 уд/мин (см. выше) весьма значительна, т.е. длительность интервалов RR нестабильна.
Под влиянием ортостатической пробы длительность RR независимо от пола и возраста снижается у мальчиков больше (0,56±0,001 с), чем у девочек (0,54±0,001 с) и колеблется в пределах от 0,49 до 0,60 с. Это снижение соответствует учащению ЧСС при пробе. Изменчивость показателя в сравнении с состоянием покоя несколько увеличивается, но остается невысокой и составляет от 2 до 6 %.
Под влиянием пробы с ПОВД длительность RR у мальчиков составила 0,66±0,003 с, у девочек 0,62±0,002 с. Колебания показателя находятся в пределах от 0,58 до 0,74 с. Этих изменений не видно при пальпаторном подсчете ЧСС при пробе. Изменчивость интервалограммы (ИГ) при ПОВД в сравнении с состоянием покоя несколько увеличивается до 2-4% осенью и от до 8% весной.
а б 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 в г 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Рис.1. Интервалограммы в покое и при пробах: а - у мальчиков осенью, б - у мальчиков весной, в - у девочек осенью, г - у девочек весной (—покой;
—ортопроба;
—ПОВД). По оси Х – кол-во КЦ, по оси Y – длительность КЦ, с.
Таким образом, в целом ИГ весной (в апреле) характеризуется большей изменчивостью (вариабельностью) по сравнению с ИГ осенью (в октябре ноябре), когда в организме формируется перестройка на всех уровнях в связи с наступающим периодом холодов.
Амплитуда QR в покое у мальчиков с возрастом снижается в среднем на 30% (рис.2). Осенью и весной у 7-летних мальчиков амплитуда QR практически одинакова, у 8-летних становится меньше на 26%. Осенью у мальчиков 7 и 9 лет амплитуда QR меньше, чем у девочек, тогда как в 8 лет больше. У девочек осенью амплитуда QR снижается, а в 9 лет возрастает, но остается достоверно ниже, чем у 7 - летних. За сезон амплитуда QR уменьшается, у девочек 7 лет значительно. У мальчиков осенью минимальная амплитуда QR – 1,11 мВ, весной - 0,92 мВ. Максимальная амплитуда: 1,23 мВ, весной 1,08 мВ соответственно. Наибольшее количество зубцов QR осенью имело величину - 1,19 мВ, весной - 1,02 мВ. Коэффициент вариации составил от 2,3 до 2,7%. У девочек осенью минимальная амплитуда QR – 1,22 мВ, весной – 0,89 мВ. Максимальная амплитуда: 1,45 мВ, 1,07 мВ соответственно.
Наибольшее количество зубцов QR осенью имело величину - 1,26 мВ, весной – 0,95 мВ. Коэффициент вариации составил от 2,3 до 4,7%.
На рис. 1,2 показано, что вариабельность АГ меньшая, чем ИГ по измерениям осенью, значительно возрастает у мальчиков и девочек к весне.
АГ по осенним результатам за два года снижается с возрастом: в 7 лет у мальчиков 1,36 ± 0,005 и в 9 лет 0,96 ± 0,003 mV. У девочек в 7 лет 1,49 ± 0, и в 9 лет – 1,30 ± 0,03 mV. Таким образом, судя по величине CV и по характеру АГ (рис. 2), весной вариабельность амплитудных показателей ЭКГ в покое увеличена по сравнению с осенью.
а б 1,4 1, 1,25 1, 1,1 1, 0,95 0, 0,8 0, 0,65 0, 0,5 0, 0,35 0, 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 в г 1,4 1, 1,25 1, 1,1 1, 0,95 0, 0,8 0, 0,65 0, 0,5 0, 0,35 0, 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Рис.2. Амплитудограммы в покое и при пробах: а - у мальчиков осенью, б - у мальчиков весной, в - у девочек осенью, г - у девочек весной (—покой;
—ортопроба;
—ПОВД). По оси Х – кол-во КЦ, по оси Y – амплитуда КЦ, mV.
При сравнении с состоянием покоя амплитуда QR в ответ на ортопробу независимо от сезона возрастает у мальчиков в 7 и 9 лет, в 8 лет незначительно снижается. У девочек этот показатель снижается во всех возрастных группах.
Изменчивость показателя в сравнении с состоянием покоя несколько увеличивается до 3-6%.
Амплитуда QR в ответ на ПОВД у мальчиков независимо от сезона снижается на 7%. У девочек этот показатель возрастает в 7 лет на 5%, а в 8 и лет уменьшается на 13% и 2% соответственно. С возрастом у мальчиков QR уменьшается осенью в среднем на 0,2 мВ, весной на 0,4 мВ. У девочек такой тенденции не наблюдается. Снижение происходит только от 7 к 8 годам осенью на 0,6 мВ, в остальные периоды амплитуда QR увеличивается.
Изменчивость показателя в сравнении с состоянием покоя несколько увеличивается (рис. 2), и составляет от 2 до 9% осенью, весной она выше: от 11 до 27%. При сравнении половых различий реакции QR на пробу выявили, что у 7- и 9-летних девочек амплитуда осенью выше, чем у мальчиков в среднем на 0,3 мВ, в 8 лет QR больше у мальчиков. Весной в 7 лет амплитуда QR достоверно больше у мальчиков, а в 8 лет у девочек. В зависимости от сезона у мальчиков осенью амплитуда QR меньше, чем у девочек, тогда как весной наоборот.
3. Потребление кислорода (ПК) и энергозатраты (ЭЗ) в покое и под влиянием функциональных проб: Для определения ПК проводили пробу с ПОВД в положении лежа, при котором дополнительное ПК и ЭЗ на поддержание грудной клетки в напряженном состоянии во время вдоха минимальны (Л.И. Иржак, 2007). Средние величины ПОВД, независимо от сезона у детей 7-9 лет были одинаковы и составляли 26,0 ± 0,8 с осенью и 27, ± 1,2 с весной. Полученные в ходе наших исследований результаты соответствуют опубликованным данным ранее.
У мальчиков и девочек в разное время года ПК варьировалось от 11- мл/кг/мин и достоверно не различалось. У 44 детей, трижды участвовавших в экспериментах, на 1 этапе работы (осенью) колебания ПК были от 6,1 до 37, мл/кг/мин (в среднем 13,5 мл/кг/мин), на 2 и 3 этапе (весной и осенью) ПК колебалось от 4,8 до 24,8 мл/кг/мин (в среднем было весной 12,7 мл/кг/мин, осенью 11,5 мл/кг/мин). Причем у 9 детей ПК на всех 3 этапах эксперимента не изменялось. Из литературы известно, что уровень ПК у детей младшего школьного возраста различается в зависимости от условий эксперимента и состояния детей. Например, для мальчиков 7 лет приводятся значения ПК от 129 мл/мин (Т.Д. Кузнецова, Н.Б. Назарова, 1976) до 198 мл/мин (Ю.А. Власов, Г.Н. Окунева, 1976). В пересчете на МТ величина ПК у детей 7-9 лет не превышает 7,35 ± 1,61 мл/кг/мин для мальчиков и 7,23 ± 1,82 мл/кг/мин у девочек (В.Г. Евдокимов с соавт., 2007). Значение ПК в наших экспериментах в 1,5-2 раза выше: у мальчиков осенью 12,3 ± 0,9 мл/кг/мин, весной 12,0 ± 1, мл/кг/мин, у девочек осенью 14,5 ± 0,7 мл/кг/мин, весной 14,2 ± 1,1 мл/кг/мин (рис. 3). Несомненно, эта величина отражает не основной, а общий энергетический обмен и связана с особенностями организации экспериментов в нашей работе.
В зависимости от возраста у девочек ПК несколько снижается.
Изменчивость показателя у мальчиков осенью составила от 25 до 64%, весной 37-47%, у девочек осенью 34-43%, весной 9-44%. Наибольший коэффициент вариации ПК был у 9-летних мальчиков – 63,9%.
Для определения функциональных резервов определяли относительную величину МПК, которая с возрастом практически не изменялась и составляла в среднем 60 –80 мл/кг/мин (рис. 3). Достоверных половых и сезонных различий по данному показателю не обнаружено. По показателям МПК осенью был средний CV: от 17 до 63%. Весной CV средний: 16-25%. При сравнении относительных величин МПК с ПК в состоянии относительного покоя видно, что разница между ними в 5-6 раз осенью, и 4-5 раз весной. Можно отметить, что функциональные возможности кардиореспираторной системы современных школьников ниже, чем их сверстников в 1950-1970-х годах. В основном это было связано с гиподинамией, особенно у девочек (М.Х.
Кочкарова, 2004).
мл / кг /мин а мал де в мал де в осе нь ве сна кка л / кг / б мин 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, мал де в мал де в осе нь ве сна Рис. 3. Уровень ПК и МПК (а) и ЭЗ и ЭЗмакс. (б) в зависимости от сезона В обзоре В.Н. Махинько и В.Н. Никитина (1975) ЭЗ у детей 7-9 лет в состоянии относительного покоя равны в среднем 0,04 ккал/кг/мин. Ранее были опубликованы расчетные значения ЭЗ для человека в возрасте 18-22 лет в покое – около 0,03 ккал/кг/мин и увеличение вдвое под действием физической нагрузки до 0,06 (Г.Г. Исаев, 1990). Полученные в нашей работе значения ЭЗ в покое у детей 7-9 лет характеризуются большой индивидуальной изменчивостью - от 0,05 до 0,08 ккал/кг/мин у разных детей и в разное время года. Изменчивость показателя, судя по СV - в пределах от 25, до 76,2%.
У обследованных нами детей уровень ЭЗмакс. был независимо от возраста, пола и сезона 0,30 – 0,37 ккал/кг/мин. При физической нагрузке ЭЗ детей, также как и МПК, при сравнении с покоем увеличиваются в 5-6 раз осенью и в 4-5 раз весной (рис. 3). Коэффициент вариации ЭЗмакс. осенью был выше (17 35%), чем весной (16-25%), причем у девочек 7 лет он составил лишь 3%.
На фоне относительно высокого уровня потребления кислорода и энергетических затрат у младших школьников происходит «залповый» подъем энергетики в ответ на физическую нагрузку. Младшие школьники потребляют в покое в 2,5 раза больше кислорода, чем взрослые, и расходуют вдвое больше энергии под влиянием функциональных проб.
4. Корреляционные зависимости между показателями: Отмечено, что способность к ПОВД на вдохе не зависит от ЖЁЛ. У мальчиков ЖИ проявляет слабую положительную связь с ЖЁЛ осенью (0,40) и отрицательную с ПОВД весной (-0,48), слабая связь также между ЖИ и ЧД (0,44 осенью и 0,39 весной). У девочек не отмечено значимых корреляций между показателями системы дыхания, которые нами исследованы.
Из данных табл. 3 можно отметить, что у 8-летних мальчиков ЧСС осенью проявляет отрицательную связь с ЖЁЛ, весной САД положительно выше среднего коррелирует с ЖЁЛ и ниже среднего с ПОВД, СДД связана с ПОВД. У девочек 8 лет осенью наблюдается отрицательная связь между САД и ЖИ и слабая положительная связь между СДД и ЖЁЛ. Весной достоверных взаимосвязей не наблюдается.
Наиболее значимые корреляции между показателями кардиогемодинамики, дыхания и показателями потребления кислорода и энергозатрат в покое наблюдались у мальчиков осенью: слабая зависимость 0,47 между ЧСС и ПК, 0,45 между ЧСС и ЭЗ, средняя отрицательная зависимость -0,52 между ЖЁЛ и ПК, а также между ЖЁЛ и ЭЗ, высокая отрицательная связь -0,77 между ПОВД и ПК и между ПОВД и ЭЗ. Весной положительные корреляции были между ЖИ и ПК (0,52), ЖИ и ЭЗ (0,53), высокие связи между ЧД и ПК (0,71), ЧД и ЭЗ (0,72), слабая отрицательная корреляция была между САД и ЭЗ, высокие отрицательные связи между ПОВД и ПК (-0,83), ПОВД и ЭЗ (-0,82).
Таблица Корреляции между показателями кардиогемодинамики и системы дыхания у детей 8 лет в зависимости от сезона (r) Мальчики Осень/весна ЖЁЛ, мл ПОВД, с ЖИ, у.е. ЧД, дв/мин ЧСС, уд/мин -0,49/-0,04 -0,28/0,02 -0,38/0,40 0,10/0, САД, мм.рт.ст. 0,22/0,59 -0,20/0,41 -0,25/-0,13 -0,13/0, ДАД, мм.рт.ст. 0,22/0,37 -0,03/0,39 -0,27/-0,22 -0,30/0, ПД, мм.рт.ст. 0,02/-0,02 -0,19/-0,21 0,006/0,21 0,20/-0, СДД, мм.рт.ст. 0,24/0,44 -0,10/0,42 -0,29/-0,21 -0,29/0, Девочки ЧСС, уд/мин 0,10/-0,25 -0,27/0,27 -0,07/0,01 0,21/0, САД, мм.рт.ст. 0,36/0,14 -0,08/0,25 -0,52/-0,20 0,19/0, ДАД, мм.рт.ст. 0,34/0,18 -0,26/0,28 -0,23/-0,19 0,22/0, ПД, мм.рт.ст. -0,01/-0,03 0,13/-0,01 -0,33/-0,03 -0,01/0, СДД, мм.рт.ст 0,40/0,17 -0,23/0,29 -0,35/-0,21 0,20/0, У девочек средние по значимости отрицательные корреляции были между ЖЁЛ и показателями ПК и ЭЗ (-0,54 и -0,55 осенью и весной). Высокие отрицательные связи наблюдались между ПОВД и показателями ПК и ЭЗ (-0, и -0,75 осенью и весной).
Под влиянием ортостатической пробы у мальчиков наблюдались положительные корреляции выше среднего между ЧСС в покое и ЧСС при пробе осенью и весной: 0,73 и 0,68 соответственно, средние по значимости весной между САД и ростом: 0,48, между САД и ЧСС в покое: 0,49, осенью и весной между САД и МТ: 0,53 и 0,46 соответственно, высокие связи между САД под влиянием пробы и САД в покое осенью и весной: 0,72 и 0, соответственно. С ДАД после пробы была средняя корреляция между ЧСС в покое осенью: 0,45, выше средней между САД в покое осенью 0,67 и весной 0,69, между ДАД в покое 0,77 и 0,48 осенью и весной соответственно.
У девочек также наблюдалась положительная корреляционная связь выше среднего между ЧСС в покое и ЧСС при пробе: осенью 0,69 и весной 0,52. Между САД при ортопробе и МТ осенью и весной: 0,52 и 0, соответственно, а также высокая связь между САД в покое осенью 0,8 и весной 0,85. С ДАД при ортопробе были средние связи с МТ осенью: 0,4, с ЧСС в покое осенью и весной: 0,43 и 0,55 соответственно, выше среднего с САД в покое: 0,68 и 0,55, с САД при ортопробе: 0,61 и 0,59, с ДАД в покое:
0,77 и 0,63 осенью и весной соответственно. Весной ЧД под воздействием ортопробы у девочек в средней степени положительно коррелирует с ЖЁЛ – 0.49 и ЖИ – 0,5. У мальчиков весной наблюдается корреляция между ЧСС в покое – 0,56, между ЧСС при ортопробе – 0,64, между ДАД в покое – 0,45, между ЧД в покое – 0,56 и осенью отрицательная связь с ДАД при ортопробе 0,48.
У мальчиков под влиянием пробы с ПОВД весной наблюдались отрицательные средние по значимости корреляции между ЧСС при ПОВД и ДАД в покое (-0,45). Положительная корреляция весной была между ЧСС при ПОВД и ЧСС в покое (0,55), между ДАД в покое (0,4). У девочек осенью наблюдалась средняя отрицательная корреляция между ЧСС при пробе и САД в покое (-0,47).
ВЫВОДЫ 1. Наиболее значимыми для характеристики реакции функциональных систем организма на гипоксию и холод служат показатели уровня ПК и ЭЗ. ПК в покое составляло 13-14 мл/кг/мин и в ответ на нагрузку увеличивалось до 60 – 80 мл/кг/мин в зависимости от сезона. ЭЗ в покое составляли 0,06 ккал/кг/мин и под влиянием нагрузки увеличивались до 0,30 – 0,37 ккал/кг/мин. Действие физической нагрузки по-разному проявляется в увеличении МПК и ЭЗ в зависимости от сезона: осенью в 5-6 раз, весной в 4-5 раз. Осенью и весной ПК и МПК у мальчиков и девочек практически одинаково, отмечалась высокая вариабельность показателя в группе.
2. Работоспособность детей с возрастом увеличивается, но к осенне-зимнему периоду происходит ее спад на 45%. Функциональные резервы (судя по разнице между ПК и МПК) независимо от сезона увеличиваются.
3. Корреляции между исследованными показателями кардиогемодинамики и дыхания зависят от пола, времени года и меняются под влиянием функциональной нагрузки. В этом отношении наиболее изменчивы корреляции между ЧСС и АД, САД и ДАД, ЧД и ЧСС, ЧД и АД.
4. Вариабельность ритма сердца, регистрируемая по интервало- и амплитудограммам, зависит от степени нагрузки на организм ребенка.
Наиболее показательна реакция ВРС на пробу с ПОВД, как индикатор возникающей при этом гипоксии. Это выражается в незначительном повышении CV ИГ с 2 до 4% осенью и до 8 % весной. Изменение СV АГ в зависимости от сезона значительнее, чем ИГ и составляет в покое от 2 до 6%, под влиянием ортопробы от 4 до 7% и под влиянием ПОВД осенью от 4 до 9% и весной от 11-27%.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1. В связи с тем, что с началом обучения в школе у детей снижается уровень двигательной активности, рекомендуется ввести в учебный процесс дополнительные занятия в виде физкультурных пауз на переменах, а также увеличить объем игр на открытом воздухе, как в переходные периоды года, так и в зимнее время.
2. Для научно обоснованного нормирования нагрузок младших школьников во время учебного года рекомендуется учитывать вариабельность их сердечного ритма.
3. Адекватность физических нагрузок возможностям ребенка следует определять с помощью комплексного воздействия функциональных проб.
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Русских Н.Г. Особенности центральной гемодинамики у детей разных возрастных групп, проживающих в условиях Севера / Н.Г. Русских, А.И.
Климова, Н.Л. Сатосова // «Совершенствование профессиональной подготовки специалистов в области физической культуры и спорта в современных условиях». Межрегиональная научно-практическая конференция. – Киров, 2004. – С. 70-72.
2. Сатосова Н.Л. Электрокардиограмма у детей младшего школьного возраста / Н.Л. Сатосова // «Человек и окружающая среда». XV Коми республиканская научная конференция студентов и аспирантов. – Сыктывкар, 2005. – С. 37-38.
3. Сатосова Н.Л. Влияние произвольной остановки внешнего дыхания на показатели кардиореспираторной системы школьников 1-2 классов осенью / Н.Л. Сатосова // «Человек и окружающая среда». XVI Коми республиканская научная конференция студентов и аспирантов. – Сыктывкар, 2006. – С.67-68.
4. Сатосова Н.Л. Реакция сердечно-сосудистой системы детей 7-8 лет в ответ на ортостатическую пробу / Н.Л. Сатосова, Е.В. Гуменюк // «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». V Молодежная научная конференция Института физиологии Коми НЦ УрО РАН.
– Сыктывкар, 2006. – С. 46-47.
5. Сатосова Н.Л. Сезонные особенности ЭКГ у первоклассников на Севере / Н.Л. Сатосова // «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды». I Международная научно-практическая конференция. - Челябинск, 2006. – С. 325-327.
6. Сатосова Н.Л. Ортостатическая проба как показатель физиологических резервов организма ребенка / Н.Л. Сатосова, Е.В. Гуменюк // «Молодежный вестник». Сборник научных работ аспирантов и молодых ученых. – Сыктывкар, 2006. - Вып. 3. - С. 21-24.
7. Сатосова Н.Л. Сезонные особенности ЭКГ у первоклассников на Севере / Н.Л. Сатосова, Л.И. Иржак // XIII Международное совещание и VI школа по эволюционной физиологии. - Санкт-Петербург, 2006. - С. 194-195.
8. Сатосова Н.Л. Применение показателей дыхания для оценки энергетических затрат // «Вопросы экспериментальной и клинической физиологии дыхания».
Сборник трудов участников X школы-семинара. – Тверь, 2007. - С. 213-216.
9. Сатосова Н.Л. Энергетические затраты у детей 7-8 лет / Н.Л. Сатосова // «Состояние окружающей среды и здоровье населения». I Межрегиональная научно-практической конференция. - Курган, 2007. - С. 46-47.
10. Сатосова Н.Л. Физическая работоспособность младших школьников в условиях Севера / Н.Л. Сатосова // Экология человека, 2006, № 4/1. – С. 126 127.
11. Сатосова Н.Л. Сезонные изменения гемодинамики и показателей дыхания под действием функциональной пробы у девочек 8 лет / Н.Л. Сатосова // «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике».
VI Молодежная научная конференция Института физиологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар, 2007. – С. 111-114.
12. Сатосова Н.Л. Мобилизация функциональных резервов адаптации у детей при физической нагрузке / Н.Л. Сатосова // «Человек и окружающая среда».
XVII Коми республиканская научная конференция студентов и аспирантов. – Сыктывкар, 2007. – С.36-37.