Показатели внешнего дыхания у детей–северян старшего школьного возраста в динамике годового цикла
На правах рукописи
ЧУПАКОВА Любовь Васильевна ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ–СЕВЕРЯН СТАРШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В ДИНАМИКЕ ГОДОВОГО ЦИКЛА 03.03.01 – Физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Архангельск – 2013
Работа выполнена на кафедре гигиены и медицинской экологии государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Научный консультант: доктор биологических наук, доцент Щербина Федор Александрович
Официальные оппоненты: Черноземов Валерий Григорьевич доктор медицинских наук, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», заведующий кафедрой адаптивной физической культуры и физиологии спорта Логинов Сергей Иванович доктор биологических наук, профессор, ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа-Югры» (г. Сургут), профессор кафедры медико биологических основ физической культуры
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов»
Защита диссертации состоится «22» февраля 2013 года в «13» часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, г. Архангельск, пр. Бадигина, д. 3.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова».
Автореферат разослан «21» января 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Старцева Лариса Федоровна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Европейский Север России характеризуется комплексом природно-климатических факторов, среди которых выделяют целую группу пульмонотропных, неблагоприятно влияющих на дыхательную систему человека. Проживание человека в условиях Севера связано с напряжением многих функциональных систем организма (Агаджанян Н.А. и др., 1996;
2005;
Грибанов А.В., Волокитина Т.В., 2006;
Гришин О.В., Устюжанинова Н.В., 2006;
Хаснулин В.И., 2009;
Карпин В.А., 2012), но самой открытой к контакту с природно-климатическими факторами Севера является система дыхания, которая не может быть защищена от внешних условий надежным искусственным барьером (Федорова Ю.А. и др., 2003;
Евдокимов В.Г., 2004;
Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.Г., 2012). В настоящее время установлено, что у практически здоровых жителей Севера структура и функции внешнего дыхания претерпевают значительную приспособительную перестройку, направленную на сохранение гомеостаза в суровых климатогеографических условиях (Марачев А.Г., 1983;
Авцын А.П. и др. 1985;
Шишкин Г.С. и др., 1994;
Величковский Б.Т., 2001;
Варламова И.Г. и др., 2006;
Гришин О.В., Устюжанинова Н.В., 2006;
Гудков А.Б., Попова О.Н., 2012).
Старший школьный возраст является завершающим этапом в формировании организма, когда происходит половое созревание и наступает структурно функциональная зрелость многих систем организма (Баранов А.А., Щеплягина Л.А., 2006). Важнейшие константы организма в этот период развития испытывают действие различных факторов окружающей среды и формируют приспособительные механизмы, позволяющие поддерживать жизнедеятельность в тех или иных условиях проживания (Гребнева H.H., 2002;
Кучма В.Р., 2004;
Якубенко О.В., Путалова И.Н., 2009;
Кучма В.Р. и др., 2012). Однако, несмотря на то, что с наступлением пубертатного периода основная дифференцировка дыхательной системы завершена, рост морфологических и функциональных параметров легких продолжается до 20 – 25 лет (Кузнецова Т.Д., 1983;
Janssens et. al., 1999;
Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.В., 2012). При этом функциональное совершенствование организма детей определяется не только биологическими закономерностями роста и развития, но и в значительной степени условиями внешней среды (Грибанов А.В., Данилова Р.И., 1994;
Макарова В.И., Меньшикова Л.И., 2003;
Баранов А.А., 2008;
Агаджанян Н.А.
и др., 2010).
Существенным фактором формирования функционального состояния организма человека являются сезоны года (Варламова Н.Г. и др., 2008;
Чеснокова В.Н., 2010;
Гудков А.Б. и др., 2012). На протяжении года человек проходит циклы естественной сезонной акклиматизации, которые проявляются различными компенсаторно-приспособительными реакциями организма, направленными на уравновешивание с внешней средой, особенно со стороны системы внешнего дыхания (Евдокимов В.Г., 2004;
Копытова Н.С., Гудков А.Б., 2007;
Варламова Н.Г. и др., 2008, 2010;
Завьялова А.А. и др., 2012;
Попова О.Н., Ефимова Н.В., 2012). Для понимания особенностей формирования приспособительных реакций в организме детей старшего школьного возраста важен анализ показателей деятельности системы дыхания у них в различные сезоны года.
Всё вышеизложенное определило цель и задачи настоящего исследования.
Цель и задачи исследования. Цель работы – выявить особенности физиологических реакций системы внешнего дыхания в динамике сезонов года у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера.
Для достижения поставленной цели были определены задачи:
1. Изучить показатели статических и динамических легочных объемов и емкостей в годовом цикле у детей старшего школьного возраста, жителей г.Архангельска.
2. Определить сезонную динамику показателей бронхиальной проходимости у детей старшего школьного возраста, уроженцев г.Архангельска.
3. Исследовать показатели газообмена и оценить экономичность кислородных режимов у обследованных детей в годовом цикле.
4. Проанализировать функциональную организацию системы внешнего дыхания в различные сезоны года у детей старшего школьного возраста, уроженцев г.Архангельска.
Научная новизна. Впервые у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, установлены сезонные особенности компенсаторно-приспособительных реакций системы внешнего дыхания, направленные на уравновешивание с внешней средой. Выявлено, что в течение года наиболее значимые сезонные функциональные изменения в системе внешнего дыхания у детей старшего школьного возраста отмечаются со стороны показателей легочного газообмена, а статические и динамические легочные объемы и емкости, а также показатели проходимости бронхов имеют менее выраженные сезонные изменения. Показано, что наименьшая экономичность кислородных режимов в годовой динамике отмечается в переходный сезон года от теплого к холодному (осенью). Установлено, что осенью и зимой у детей-северян наблюдаются наиболее выраженные приспособительные перестройки в системе внешнего дыхания. Выявлено, что в течение года у детей-северян меняется характер связей между показателями системы внешнего дыхания: весной, летом и осенью изменения кислородного запроса организма обеспечиваются изменением объема легочной вентиляции, а зимой – путем оптимизации условий газообмена.
Практическая значимость. Полученные данные о сезонных изменениях в системе дыхания у практически здоровых детей старшего школьного возраста, уроженцев г.Архангельска, расширяют представление о приспособительных реакциях организма детей к изменяющимся климатическим условиям среды в годовом цикле, а также дополняют сведения о функциональных резервах дыхательной системы у детей-северян.
Материалы исследования используются в учебном процессе на кафедре гигиены и медицинской экологии ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» (акт о внедрении от 11.09.2012), на кафедре нормальной и патологической физиологии ГБОУ ВПО ХМАО-Югры «Ханты-Мансийская государственная медицинская академия» (акт о внедрении от 25.09.2012), в преподавании дисциплины «Нормальная физиология» в ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты – Мансийского автономного округа – Югры» (акт о внедрении от 01.10.2012), в преподавании в разделах «Физиология висцеральных систем», «Экология человека» экспериментальной базовой кафедры экологической физиологии и биохимии ФГБУН «Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН» (акт о внедрении от 24.10.2012), в клиническом отделе ФБУН «Северо-западный научный центр гигиены и общественного здоровья» (акт о внедрении от 24.10.2012).
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Наиболее выраженные сезонные компенсаторно-приспособительные реакции системы внешнего дыхания у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, отмечаются в осеннее – зимний период года.
2. В годовом цикле у детей-северян старшего школьного возраста наибольшие функциональные изменения в системе внешнего дыхания происходят со стороны показателей легочного газообмена.
3. Наименьшая экономичность кислородных режимов у обследованного контингента наблюдается в переходный период от теплого времени года к холодному (осенью).
4. Характер связей между показателями системы внешнего дыхания имеет сезонную зависимость: изменения кислородного запроса зимой обеспечивается путем оптимизации условий газообмена, а в остальные сезоны года – путем изменений объема легочной вентиляции.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научной конференции «Актуальные вопросы гигиены и медицинской экологии на Севере» (к 75-летию кафедры гигиены и медицинской экологии) (Архангельск, 2010);
на Итоговой научной сессии СГМУ и СНЦ Северо Западного отделения РАМН «Медицинские школы Европейского Севера: от науки к практике» (Архангельск, 2010);
на Итоговой научной сессии СГМУ и СНЦ Северо-Западного отделения РАМН «Северная медицинская школа:
история и современность» (к 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова) (Архангельск, 2011);
на IV Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов (к 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова) (Архангельск, 2011);
на I Международной заочной электронной конференции «Кислотно-основный и температурный гомеостазис» (Сыктывкар, 2011);
на научной конференции профессорско преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения» (Архангельск, 2012);
на V Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов (Архангельск, 2012);
на Итоговой научной сессии СГМУ и СНЦ Северо-Западного отделения РАМН «Северная медицинская школа: к 80-летию АГМИ-АГМА-СГМУ» (Архангельск, 2012);
на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты» (Архангельск, 2012);
на Всероссийской научно-практической конференции «Югра – за здоровый образ жизни» (Ханты-Мансийск, 2012);
на расширенном заседании кафедры гигиены и медицинской экологии СГМУ (Архангельск, 2012).
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты собственных исследований), заключения, выводов, практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 15 таблицами и 24 рисунками. Список литературы включает отечественных и 51 зарубежных источников.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование динамики функциональных параметров дыхательной системы в годовом цикле осуществлялось на базе МБОУ СОШ №35 у практически здоровых детей старшего школьного возраста, родившихся и постоянно проживающих в городе Архангельске. Обследование контингентов проводилось четыре раза в год зимой (январь), весной (апрель), летом (июнь) и осенью (сентябрь) с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинской декларации и директивах Европейского общества (8/609 ЕС), и одобрено локальным Комитетом по этике Северного государственного медицинского университета.
На основании сбора анамнеза, результатов последнего периодического медицинского осмотра, проведенного на базе учебного учреждения, а также, данных объективного осмотра была установлена группа здоровья ребенка.
Для обследования были отобраны дети I II групп здоровья. В число обследуемых не были включены дети: имеющие хронические заболевания органов дыхания, имеющие острые заболевания и жалобы в день обследования.
Всего обследовано 35 мальчиков (16,3±0,13 лет) и 35 девочек (16,6±0, лет), проведено 840 различных исследований, проанализировано боле показателей.
Непосредственно до начала исследования по общепринятой методике проводилось измерение антропометрических параметров: длины и массы тела. В связи с тем, что значимые различия между сезонами года по показателям антропометрии отсутствовали как у мальчиков, так и у девочек (p 0,05), расчет и анализ должных величин для спирометрических показателей по сезонам года не проводился.
С целью изучения сезонной динамики параметров дыхательной системы использовался метод спирографии при помощи спирографа микропроцессорного портативного СМП-21/01 – «Р-Д». Исследование проводили в условиях, приближенных к основному обмену, то есть утром через 1,5 – 2 часа после завтрака, при максимальном физическом и психическом покое, в условиях температурного комфорта и относительного покоя. Все показатели регистрировались в положении сидя.
У обследуемых оценивались легочные объемы и емкости: дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха (РОвд), резервный объем выдоха (РОвыд), жизненная емкость легких (ЖЕЛ);
показатели легочной вентиляции: частота дыхания (ЧД), минутный объем дыхания (МОД), максимальная вентиляция легких (МВЛ), рассчитывалась величина резерва дыхания (РД);
а также показатели проходимости воздухоносных путей: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), пиковая объемная скорость (ПОС), средняя объемная скорость на участке 25-75 % ФЖЕЛ (СОС25-75), максимальная объемная скорость при выдохе 25, 50 или 75% ФЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75), рассчитывался индекс Генслера (ИГ) (Старшов А.М., Смирнов И.И., 2003).
Газовый состав выдыхаемого воздуха определялся газоанализатором ПГА-200. Определялось процентное содержание кислорода (FeO2) и углекислого газа (FeСO2) в выдыхаемом воздухе. Рассчитывались относительная величина потребления кислорода (ПО2/кг) (Аулик И.В., 1990) и величина минутного выделения углекислого газа (ВСО2) (Кузнецова Т.Д., Назарова Н.Б., 1976).
С целью определения эффективности вентиляции и газообмена в легких рассчитывался коэффициент использования кислорода (КИО2). Для оценки экономичности внешнего дыхания были определены величины дыхательного коэффициента (ДК), кислородного эффекта одного дыхательного цикла (О2RC).
Полученные данные подвергались комплексной математической обработке с использованием статистического пакета SPSS 14.0 (Бююль А., 2005). Нормальность распределения полученных переменных определялась с помощью теста Шапиро–Уилка (n50). Распределение данных отличалось от нормального, поэтому использовался дисперсионный анализ по Фридману, для попарных сравнений – критерий Вилкоксона для зависимых выборок с применением поправки Бонферрони (Юрьев Ю.Ю., Типисова Е.В., 2009).
Результаты непараметрических методов обработки данных представлялись в виде медианы (Ме), первого (Q1) и третьего (Q3) квартиля. Проводился корреляционный анализ с определением непараметрического коэффициента ранговой корреляции Спирмена (Унгуряну Т. Н., 2005). Величина коэффициента корреляции равная 0 свидетельствует об отсутствии связи, от 0,01 до 0,29 (–0,01 до –0,29) – о слабой, от 0,3 до 0,69 (от –0,3 до –0,69) – о средней, от 0,7 до 0,99 (от –0,7 до –0,99) – о сильной и равная 1,0 (–1,0) – о полной связи (Марченко Б. И., 1997). Критический уровень значимости (р) для всех проверяемых статистических гипотез принимался равным 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Проведенный анализ результатов исследования детей – северян старшего школьного возраста выявил сезонные изменения в системе внешнего дыхания. Так, у мальчиков величина ЖЕЛ максимальна осенью (табл. 1). Статистически значимые различия показателей ЖЕЛ в сезонной динамике отмечались между зимой и осенью (р=0,015). Можно предположить, что увеличение ЖЕЛ в осенний период года, является компенсаторно-приспособительной реакцией организма в ответ на начало действия холодового фактора, направленной на увеличение площади дыхательной поверхности легких, обеспечивающей газообмен (Ferguson G.T.
et al., 2000), а также создаются условия для более эффективного приспособления легочной вентиляции к удовлетворению повышенных метаболических потребностей организма.
При изучении объемов, составляющих ЖЕЛ, установлено, что фактические величины РОвд и РОвыд зависели от сезонов года (табл. 1). Так, максимальное значение величины РОвд приходилось на зиму в обеих группах обследованных детей. У мальчиков РОвд статистически значимо больше зимой, чем весной (р=0,002) и летом (р=0,003). В переходный период от холодного времени года к теплому (весной) происходило снижение показателя РОвд, а при переходе от теплого к холодному (осенью) прослеживалась тенденция к повышению значения.
У девочек на протяжении всего периода обследования величина РОвд имела тенденцию к уменьшению. Наибольшее значение показателя РОвд также как и у мальчиков отмечалось зимой, а наименьшее – осенью.
Изучение величины РОвыд у мальчиков показало, что статистически значимые различия прослеживались в показателях между зимой и летом (р=0,001), зимой и осенью (р=0,003). Максимальное значение РОвыд отмечалось летом, а минимальное – зимой. Максимальное значение величины РОвыд у девочек наблюдалось осенью, а минимальное – зимой.
Статистически значимые различия в показателях РОвыд отмечались между зимой и летом (р=0,007), весной и осенью (р=0,005). Увеличенные значения РОвыд являются проявлением компенсаторно-приспособительных реакций внешнего дыхания, направленных на обеспечение повышения энергозатрат.
Увеличение РОвыд в осенний период могут свидетельствовать о реакции, направленной на демпфирование неблагоприятных климатических условий в осенний период года.
Таблица Легочные объемы и емкости у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, в динамике сезонов года, Ме (Q1;
Q3) n=35 (м), n=35 (д) Сезон года Показатели Пол Р1-2 Р1-3 Р1-4 Р2-3 Р2-4 Р3- Зима (1) Весна (2) Лето (З) Осень (4) М 5,29(5,01;
5,93) 5,28(4,68;
5,80) 5,56(6,17;
6,0З) 5,59(5,11;
6,04) * ЖЕЛ, л Ж 4,01(3,28;
4,52) 3,80(3,50;
4,31) 3,81(3,72;
4,32) 3,96(3,76;
4,56) М 2,37(2,01;
2,94) 1,90(1,53;
2,18) 1,65(1,43;
2,02) 1,73(1,45;
2,40) ** ** РОвд, л Ж 1,79(1,46;
2,14) 1,48(1,14;
1,83) 1,44(1,33;
1,58) 1,33(1,24;
1,70) М 2,39(1,62;
2,73) 2,60(1,90;
3,01) 3,47(2,64;
4,33) 2,85(2,60;
3,73) *** ** РОвыд, л Ж 1,69(0,84;
2,19) 1,99(1,24;
2,39) 2,15(1,86;
2,38) 2,25(1,46;
2,46) ** ** М 0,71(0,59;
0,85) 0,52(0,45;
0,61) 0,52(0,46;
0,70) 0,54(0,47;
0,58) ** ** *** ДО, л Ж 0,54(0,45;
0,66) 0,47(0,33, 0,51) 0,45(0,37;
0,50) 0,51(0,45;
0,54) Примечание: различия между сезонами года статистически значимы: * – р 0,05;
** – р 0,01;
*** – р 0, В процессе изучения дыхательной функции у мальчиков были выявлены статистически значимые различия в показателях ДО между зимой и весной (р=0,003), зимой и летом (р=0,003), зимой и осенью (р=0,001) Максимальные значения ДО у мальчиков отмечались зимой, а минимальные – весной и летом. При переходе от зимы к лету показание ДО значимо уменьшалось, а при переходе к зиме величина ДО имело тенденцию к увеличению.
В группе девочек статистически значимых различий в показателях ДО между сезонами года не наблюдалось. Увеличение глубины дыхания у обследованных детей в зимний период года, вероятно, свидетельствует об увеличении количества функционирующих альвеол. Таким образом, происходит поступление кислорода в организм в количестве, необходимом для поддержания требуемого уровня теплопродукции и повышении эффективности вентиляции.
Исследование величины МОД у детей-северян старшего школьного возраста выявило сезонную зависимость показателя у мальчиков (табл. 2).
Так, в группе мальчиков зимой значение МОД превышало весеннее на 9,4% (р=0,005), а летнее на 9,2% (р=0,003). В группе обследованных девочек статистически значимых различий МОД в годовой динамике не наблюдалось.
Максимальное значение отмечалось зимой (у мальчиков) и весной (у девочек), минимальное – осенью (у мальчиков) и летом (у девочек). Величина МОД определяется такими показателями внешнего дыхания как ДО и ЧД. У обследованных детей частота дыхания в течение года статистически значимо не изменялась, поэтому, по-видимому, можно считать, что у обследованных детей в условиях Европейского Севера увеличение МОД до необходимого уровня у мальчиков зимой, а у девочек весной и осенью происходило в большей степени из-за увеличения ДО, что является более рациональным и экономичным механизмом, чем достижение необходимой величины МОД за счет ЧД.
Величина МВЛ является суммарным показателем вентиляционной функции аппарата внешнего дыхания и отражает предельные способности системы внешнего дыхания использовать функциональные резервы. Анализ полученных данных выявил зависимость величины МВЛ от сезонов года у девочек. Максимальное значение показателя отмечалось осенью, а минимальное – весной в обеих группах обследованных школьников.
Статистически значимые различия величины МВЛ отмечались в группе девочек между весной и летом (р=0,002), а также между весной и осенью (р=0,006). У мальчиков наблюдалась тенденция увеличения значения МВЛ от весны к осени. Увеличенные значения МВЛ в осенний период года могут свидетельствовать о максимальных функциональных способностях дыхательной системы детей–северян в этот период. Выявленное у обследованных детей увеличение функциональных способностей аппарата внешнего дыхания осенью, вероятно, может свидетельствовать о повышении его компенсаторных возможностей.
Таблица Показатели легочной вентиляции у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, в динамике сезонов года, Ме (Q1;
Q3) n=35 (м), n=35 (д) Сезон года Показатели Пол Р1-2 Р1-3 Р1-4 Р2-3 Р2-4 Р3- Зима (1) Весна (2) Лето (3) Осень (4) 10,82 9,53 9,83 9, М ** ** МОД, (8,16;
13,67) (8,03;
10,40) (8,16;
10,80) (8,23;
10,30) л/мин 8,00 8,31 7,33 8, Ж (6,63;
9,78) (6,40;
9,00) (7,20;
8,33) (8,00;
9,21) М 16,5 (13,5;
19) 17 (16;
20) 16,5 (15;
22) 17 (16;
20) ЧД, кол в мин Ж 16 (13;
19) 17 (14;
21) 16 (15,5;
20,5) 16 (15;
17) 131,45 126,00 136,89 150, М МВЛ, (97,71;
150,62) (94,73;
144,00) (114,66;
154,80) (117,06;
181,06) л/мин 94,50 87,08 113,14 124, Ж ** ** (81,44;
115,19) (68,72;
104,72) (91,29;
118,91) (83,07;
126) 74,36 81,84 106,28 110, М РД, (133,42;
157,03) (109,54;
126,94) (128,97;
147,17) (147,17;
173,65) л/мин 81,24 91,05 105,24 109, Ж (34,55;
98,29) (60,34;
114,73) (81,87;
118,07) (63,61;
117,27) Примечание: различия между сезонами года статистически значимы: ** – р 0, Большое значение в определении функционального состояния дыхательной системы имеет определение показателя РД. Величина РД показывает способности обследуемого увеличить вентиляцию. (Шейд П., 2004). Анализ полученных результатов показал, что максимальное значение РД в обеих группах обследованных детей отмечалось осенью, минимальное – зимой. Выявлена тенденция увеличения РД от зимы к осени в обеих группах школьников. Выявленное увеличение МВЛ и РД осенью свидетельствует о повышении предельных и резервных способностей организма ребенка в этот период. Выполнение легкими специфической функции газообмена во многом определяется состоянием воздухоносных путей. В спирографическом исследовании ФЖЕЛ является одной из основных проб, отражающей состояние бронхиальной проходимости и позволяющей получить информацию о механических свойствах дыхательной системы, поэтому при анализе результатов спирографии особое внимание уделяется именно оценке ФЖЕЛ. Показатели ФЖЕЛ отражают функциональные возможности дыхательной системы и зависят от кровенаполнения легких, состояния диафрагмы, развития мускулатуры, осанки. Изучение полученных результатов пробы с ФЖЕЛ у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера установило, что максимальное значение ФЖЕЛ у мальчиков отмечалось осенью, у девочек – зимой.
Показатель ОВФ1 охватывает начальную и значительную часть середины форсированной ЖЕЛ и отражает величину приложенного усилия, а также сопротивления внутрилегочных и внелегочных дыхательных путей.
Следовательно, величина ОВФ1 в значительной мере зависит от жесткости крупных бронхов и при затруднении проходимости бронхов, ОВФ 1 может увеличиться несмотря на то, что просвет в более мелких бронхах остается неизменным. Величина ОВФ1 очень чувствительна к выявлению даже незначительных нарушений бронхиальной проходимости, удобна для оценки их в динамике (Белов А.А., Лакшина Н.А., 2000). По результатам проведенного анализа в обеих группах обследованных детей была выявлена тенденция уменьшения величины ОВФ1 от зимы к лету и дальнейшее повышение осенью, при этом максимальные значения отмечались зимой и осенью у мальчиков, зимой у девочек.
Для оценки бронхиальной проходимости рассчитался индекс Генслера, который, по мнению исследователей, является более чувствительным к малейшим изменениям проходимости бронхов, нежели индекс Вотчала– Тиффно (Анохин М.И., 2012). Анализ полученных результатов выявил статистически значимые различия в показателях между сезонами года в группе обследованных мальчиков (р=0,001). Максимальное значение ИГ отмечалось зимой, а минимальное весной. В группе девочек наблюдалась тенденция уменьшения показателя от зимы к лету, максимальные значения ИГ отмечалось зимой и осенью (рис. 1).
Поскольку величины ОФВ1 и ИГ у мальчиков, ФЖЕЛ, ОФВ1 и ИГ у девочек максимальны зимой, то можно предположить, что в этот период года произошло расширение крупных бронхов, что является механизмом, способствующим снижению колебания внутригрудного давления при дыхании. Однако в условиях низких температур эта реакция может иметь и отрицательное значение, так как может привести к бронхолегочной патологии.
145, 138, 131,8*** 115 111, 94, зима весна лето осень мальчики девочки Рис.1. Величина ИГ у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера в различные сезоны года (%) Примечание. За 100% приняты показатели летнего сезона года.
Различия по сравнению с летом статистически значимы: *** — р0, Исследование величины МОС50 установило ее зависимость от сезонов года в группе мальчиков. Так, у обследованных мальчиков величина МОС зимой превышала летнее значение на 22,6% (р=0,004). В группе обследованных девочек статистически значимых различий между сезонами года по данному показателю не отмечалось. Максимальные значения МОС отмечались зимой в группе мальчиков, летом и зимой в группе девочек.
Повышенные значения величины МОС50 в зимний период года у обследованных детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера могут свидетельствовать о снижении сопротивления в бронхах среднего калибра, вероятно вследствие их расширения.
При анализе полученных данных у обследованных детей была установлена сезонная зависимость величины СОС25-75. В группе обследованных мальчиков максимальное значение СОС25-75 отмечалось в зимний период, а минимальное – в летний. Величина СОС25-75 зимой превышала летнее значение на 21,1% (р=0,005). В группе обследованных девочек статистически значимых различий по данному показателю между сезонами года не отмечалось, наблюдалась тенденция снижения значения от зимы к весне и от лета к осени (рис.2).
Рис.2. Величина СОС25-75 у детей старшего школьного возраста в сезонной динамике (%) Примечание. За 100% приняты показатели летнего сезона года.
Различия по сравнению с летом статистически значимы: ** – р0, Одной из важных функций внешнего дыхания является легочный газообмен, который представляет собой обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров (Иржак Л.И., Дмитриева С.П., 2006). Проведенное исследование показало, что в осенний период года в обеих группах обследованных детей происходило значимое снижение процентного содержания кислорода в выдыхаемом воздухе. Так, максимальное значение FеО2 отмечали зимой, минимальное летом и осенью. Содержание О2 в выдыхаемом воздухе зимой превышало летнее значение на 7,3% (р=0,001) в группе мальчиков и на 10,2% (р=0,001) в группе девочек. Закономерно происходило повышение величины FеСО2 у обследованных детей осенью. При этом статистически значимые различия по данному показателю между сезонами года отмечали только в группе девочек.
Так, осенью величина процентного содержания СО2 в выдыхаемом воздухе превышала летнее значение на 22,9% (р=0,007), а весеннее на 31,5% (р=0,003). В группе обследованных мальчиков отмечалась тенденция повышения значения от зимы к осени.
Для оценки функционального состояния аппарата внешнего дыхания большое значение имеет сопоставление показателей ПО2 и МОД, взаимоотношения между которыми определяет величина КИО2. При анализе полученные результатов установлена статистически значимое повышение показателя КИО2 в группе обследованных мальчиков от зимы к осени, при этом значения данной величины летом превышали зимние показания на 30,8% (р=0,002). В группе обследованных девочек также наблюдались сезонные различия по данному показателю. Максимальное значение КИО отмечалось осенью и оно превышало зимнее значение на 40,2% (р=0,002) (рис. 3).
Рис.3. Сезонная динамика показателя КИО2 у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера (%) Примечание. За 100% приняты показатели летнего сезона года.
Различия по сравнению с летом статистически значимы: ** – р0,01.
Величина ДК, представляющая отношение объема выделяющегося из организма в процессе дыхания СО2 к объему поглощаемого за то же время О2, характеризует особенности газообмена и обмена веществ в организме.
Анализ полученных результатов выявил значимые различия величины ДК у обследованных девочек в показателях лета и осени. Так, в осенний сезон года величина ДК превышала летнее значение на 18,5% (p0,01), а весеннее – на 22,2% (p0,01). Максимальные значения ДК наблюдались зимой (р0,05) в обеих группах обследованных детей.
Об экономичности кислородного режима организма детей позволяет судить показатель О2RC, который характеризует количество кислорода в мл, потребляемого организмом за один дыхательный цикл. Максимальное значение в обеих группах обследованных детей отмечали осенью, а минимальное — весной. В осенний период года величина О2RC превышала весеннее значение в группе обследованных мальчиков на 25,2% (р=0,007), а в группе девочек – на 31% (р=0,005). Установленное повышение величины О2RC у обследованных школьников осенью позволяют сделать вывод о том, что именно в этот период года у обследованных детей происходило снижение экономичности кислородного режима организма, так как на выполнение одного дыхательного цикла требуется потратить большее количество энергии, а на утилизацию тканями 1 мл О2 необходимо использовать для вентиляции легких большее количество воздуха.
В течение года изменяются не только значения показателей системы внешнего дыхания, но и характер связей между ними (табл. 3). У мальчиков старшего школьного возраста в летний и переходные сезоны года (весной и осенью) изменения кислородного запроса организма (ПО2) обеспечиваются изменением объема легочной вентиляции (МОД), а зимой – путем оптимизации условий газообмена в результате изменения соотношения статических легочных объемов (ДО). При этом летом и осенью изменение кислородного запроса в организме обеспечиваются экономичными и эффективными механизмами диффузионной способности легких (КИО2), которые зимой используются в меньшей степени. У девочек старшего школьного возраста летом и весной изменение кислородного запроса организма (ПО2) обеспечивается изменением легочной вентиляции (МОД), а зимой – путем оптимизации условий газообмена в результате изменения соотношения статических легочных объемов (ДО и РОвыд), приводящее к тому, что в вентиляцию и газообмен включаются резервные ацинусы, увеличивая, соответственно, респираторную поверхность и улучшая условия диффузии кислорода в легких.
Таким образом, исследование показателей статических и динамических легочных объемов и емкостей, определение сезонной динамики показателей бронхиальной проходимости, исследование показателей газообмена и экономичности кислородных, а также анализ функциональной организации системы внешнего дыхания позволило выявить особенности физиологических реакций системы внешнего дыхания в динамике сезонов года у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера.
Таблица Коэффициенты корреляции (r) между показателями внешнего дыхания у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, в различные сезоны года Сезоны года Взаимосвязь пол зима весна лето осень М 0,343 0,531** 0,592* 0,664** ПО2-МОД Д 0,542 0,676* 0,765** 0, М -0,211 0,204 0,607* 0,596* ПО2-КИО Д 0,129 0,443 0,341 0,797** М 0,786** 0,379 0,295 0, ПО2-ДО Д 0,663* -0,133 0,369 0, М -0,418 -0,379 -0,154 0, ПО2-РОвыд Д 0,204 0,753** 0,173 0,720** Примечание: статистически значимая корреляционная связь между показателями: * – р 0,05 ** – р 0,01.
ВЫВОДЫ 1. В динамике годового цикла у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, максимальные значения статических легочных объемов и емкостей наблюдаются в осенне – зимний период года.
Так, у мальчиков величина ЖЕЛ максимальна осенью, а величины РОвд и ДО в зимний период года превышают летние значения на 43,6% (р 0,01) и 36,5% (р 0,01) соответственно. В группе девочек максимальное значение ЖЕЛ установлено в зимний период года.
2. Наибольшие величины МОД у мальчиков старшего школьного возраста зарегистрированы зимой и они превышают летние значения на 10,1% (р 0,01), при этом увеличение МОД в большей степени происходит за счет возрастания величины ДО. У девочек статистически значимых сезонных изменений величины МОД не выявлено.
3. В осенний период года у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, установлено увеличение МВЛ и РД, что свидетельствует о повышении предельных и резервных способностей организма ребенка в этот период.
4. У мальчиков-северян старшего школьного возраста в холодный период года отмечается снижение сопротивления дыхательных путей.
Статистически значимые различия выявлены в зимний период года в сравнении с летним в величинах ИГ, МОС50 и СОС25-75 на 31,8% (р 0,001), 22,6% (р 0,01) и 21,1% (р 0,01) соответственно. У девочек сезонные изменения сопротивления воздухоносных путей статистически не значимы.
5. Осенью у детей-северян старшего школьного возраста наблюдается усиление легочного газообмена, при этом экономичность кислородных режимов снижается на 31,0% (р = 0,005) у мальчиков и на 25,2% (р = 0,007) у девочек.
6. Изменения кислородного запроса организма у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, зимой обеспечиваются путем оптимизации условий газообмена в результате изменения соотношения статических легочных объемов (ДО, РОвыд), а в остальные сезоны года – изменением объема легочной вентиляции (МОД).
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1. При динамических обследованиях детей-северян старшего школьного возраста в кабинетах и отделениях функциональной диагностики в оценке полученных фактических спирографических величин необходимо учитывать особенности сезонных изменений респираторных показателей.
2. Данные о сезонных изменениях функциональных параметров дыхательной системы у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, необходимо включить в учебный процесс медицинских и педагогических ВУЗов.
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Чупакова Л. В. Адаптивные реакции системы дыхания у детей старшего школьного возраста жителей Европейского Севера в разные сезоны года / Л. В. Чупакова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. – 2010. – № 2. – С. 126.
2. Чупакова Л. В. Сезонные адаптивные реакции статических легочных объемов и емкостей у детей старшего школьного возраста уроженцев Европейского Севера / Л. В. Чупакова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. – 2011. – № 2. – С. 61 – 62.
3. Чупакова Л. В. Сезонные изменения показателей легочной вентиляции у детей старшего школьного возраста уроженцев Европейского Севера / Л. В. Чупакова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. – 2011. – № 2. – С. 62 – 63.
4. Чупакова Л. В. Сезонные изменения показателей легочного газообмена у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера / Л. В. Чупакова, Ф. А. Щербина // В мире научных открытий. – 2012. № 2(26). – С. 138 – 141.
5. Чупакова Л.В. Показатели проходимости воздухоносных путей в динамике сезонов года у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера / Л. В. Чупакова // Аспирантские и докторские чтения.
Материалы научно-практической конференции молодых ученых в рамках первой Всероссийской недели науки с международным участием. Саратов:
Издательство Саратовского медицинского университета, 2012. – С. 24 – 26.
6. Чупакова Л. В. Изменения показателей легочной вентиляции в годовом цикле у детей старшего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера / Л. В. Чупакова, Ф. А. Щербина, В. С. Смолина // Экология человека. 2012. № 8. С. 50 53.
7. Чупакова Л. В. Изменения показателей легочного газообмена у детей старшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, в годовом цикле / Л. В. Чупакова // Адаптация человека на Севере: медико биологические аспекты: материалы Всероссийской молодежной научно практической конференции / Арханг. регион. отд-ние Физиол. общ-ва им.
И.П. Павлова [ и др.]. – Архангельск, 2012. – С. 348 – 352.
8. Чупакова Л. В. Изменения показателей внешнего дыхания у детей северян среднего и старшего школьного возраста в различные сезоны года / Л. В. Чупакова, А. А. Завьялова, В. С. Смолина // Научный медицинский вестник Югры – 2012. – № 1 – 2 – С. 300 – 304.