Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Характеристика сезонных изменений внешнего дыхания у детей-северян 11-14 лет

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Характеристика сезонных изменений внешнего дыхания у детей-северян 11-14 лет"

На правах рукописи

ЗАВЬЯЛОВА Александра Александровна

ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ-СЕВЕРЯН 11-14 ЛЕТ

03.03.01 - Физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 0 • 1~

005042504

Архангельск - 2012

005042504

Работа выполнена на кафедре гигиены и медицинской экологии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

Щербина Федор Александрович

Официальные оппоненты: Пащенко Владимир Петрович

доктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО СГМУ (г. Архангельск) Минздравсоцразвития России, профессор кафедры нормальной физиологии

Лукманова Наталья Борисовна

кандидат биологических наук, доцент ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова», заведующая кафедрой теоретических основ физической культуры

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Российский университет дружбы

народов»

Защита диссертации состоится «24» мая 2012 года в «12» часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 при Северном (Арктическом) федеральном университете 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» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Старцева Лариса Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Среди ведущих факторов, определяющих специфику Севера, выделяют большую группу пульмонотропиых, оказывающих непосредственное влияние на систему внешнего дыхания (Скрипаль Б.А. и др., 1992; Abraham Р., 2001; Величковский Б.Т., 2005; Гудков А.Б., Попова О.Н., 2009). На протяжении года в соответствии с циклом естественных сезонных компенсаторно-приспособительных реакций, направленных на уравновешивание с внешней средой, функциональное состояние системы внешнего дыхания изменяется (Евдокимов В.Г., 1982; Логинова Т.П., 2006; Кочан Т.И., 2007; Варламова Н.Г. и др., 2008). При этом оценка степени напряжения системы дыхания и диапазона ее компенсаторных возможностей представляют собой одну из важных проблем физиологии и пульмонологии (Грибанов A.B., 1983; Гришин О.В., Устюжанинова Н.В., 2006; Иржак Л.И., 2006; Агаджанян H.A. и др., 2009; Анохин М.И., 2012).

В настоящее время имеются исследования о влиянии климатических факторов Севера на дыхательную систему взрослых в различные сезоны года (Бартош О.П., 2003; Евдокимов В.Г., 2004; Варламова Н.Г., Евдокимов В.Г., 2006; Варламова Н.Г. и др., 2008; Мишина Е.А., 2007; Чеснокова В.Н., 2010; Ефимова Н.В., Попова О.Н., 2012). Однако взаимодействие организма ребенка с окружающей средой имеет свои особенности и закономерности. Процессы роста и дифференцировки в организме ребенка обусловливают высокую чувствительность к изменению среды и служат одним из индикаторов ее влияния (Алексеев C.B. и др., 1993; Макарова В.И. и др., 1997; Агаджанян H.A. и др., 2006). Вместе с тем научные исследования по изучению функционирования системы внешнего дыхания у детского населения в различные сезоны года немногочисленны (Евдокимов В.Г., 1982; Чупакова Л.В., Щербина Ф.А., 2012).

Дети среднего школьного возраста испытывают морфофункциональную перестройку внутренних органов и систем, связанную с пубертатным скачком роста, что определяет их большую уязвимость по сравнению с детьми других возрастов. Для ребенка 11-14 лет характерны неравномерность роста и созревания отдельных легочных структур, несовершенство нейрогу-моральной регуляции внешнего дыхания, что приводит к функциональной нестабильности системы дыхания и повышению ее чувствительности к воздействию неблагоприятных природно-климатических факторов Севера. Однако в настоящее время данные по изучению функции внешнего дыхания у детей 11-14 лет в годовом цикле носят фрагментарный характер (Лебедева О.П., 2002; Рогачевская О.В., 2002), что отражает необходимость дальнейшего изучения этого вопроса.

Цель и задачи исследования. Цель работы - установить особенности сезонных изменений системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста (11-14 лет), родившихся и постоянно проживающих в условиях Европейского Севера России.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать в различные сезоны года статические легочные объемы и емкости у детей 11- 14 лет, жителей г. Архангельска.

2. Изучить вентиляционные показатели, предельные и резервные возможности системы внешнего дыхания у обследованных детей в течение года.

3. Определить годовую динамику показателей проходимости дыхательных путей у детей-северян среднего школьного возраста.

4. Проанализировать показатели легочного газообмена и оценить экономичность кислородных режимов в годовом цикле у обследуемого контингента.

Научная новизна. Впервые установлены сезонные особенности функционального состояния системы внешнего дыхания у детей 11-14 лет, жителей Европейского Севера. Показано, что наиболее выраженные компенсаторно-приспособительные реакции системы внешнего дыхания возникают в переходные периоды года (весной, осенью). Выявлено, что в системе внешнего дыхания самые значительные изменения в динамике годового цикла наблюдаются в показателях бронхиальной проходимости и легочного газообмена в сравнении с величинами статических и динамических легочных объемов, которые изменяются в меньшей степени. Установлено, что в течение годового цикла наименьшая экономичность кислородных режимов наблюдается в осенний период.

Практическая значимость. Выявленные особенности сезонных изменений системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера, позволяют охарактеризовать компенсаторно-приспособительные процессы, протекающие в детском организме под влиянием природно-климатических факторов, дополняя этим сведения по возрастной и экологической физиологии.

Материалы исследования используются в учебном процессе на экспериментальной базовой кафедре экологической физиологии и биохимии Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (акт о внедрении от 20.02.2012), на кафедре нормальной и патологической физиологии ГОУ ВПО ХМАО-Югры «Ханты-Мансийской государственной медицинской академии» (акт о внедрении от 14.03.2012), на кафедре гигиены и медицинской экологии Северного государственного медицинского университета (акт о внедрении от 16.03.2012).

Полученные результаты могут быть использованы для составления базы данных для дальнейших исследований в рамках изучения сезонных изменений дыхательной системы у детей.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. Наиболее выраженные изменения показателей системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера, наблюдаются в переходный период от теплого времени года к холодному (осенью). 2. Среди показателей, характеризующих состояние системы внешнего дыхания, наибольшие изменения в годовом цикле происходят со стороны бронхиальной проходимости и легочного газообмена. 3. Сезонная динамика показателей внешнего дыхания у девочек более выражена, чем у мальчиков.

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 IV Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов (к 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова) (Архангельск, 2011); на международной научно-практической конференции «Циркумполярная медицина: влияние факторов окружающей среды на формирование здоровья человека» (Архангельск, 2011); на Итоговой научной сессии СГМУ и СНЦ Северо-Западного отделения РАМН «Медицинские школы Европейского Севера: от науки к практике» (Архангельск, 2011); на I Международной заочной электронной конференции «Кислотно-основной 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 заседании проблемной комиссии СГМУ по экологии, физиологии труда, гигиене и безопасности в чрезвычайных ситуациях (Архангельск, 2012). По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из которых 3 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Работа проиллюстрирована 5 таблицами и 24 рисунками. Список литературы включает 211 отечественных и 58 зарубежных публикаций.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование функции внешнего дыхания проводилось зимой (январь), весной (апрель), летом (июнь) и осенью (ноябрь) у одной и той же группы детей - 25 мальчиков и 35 девочек среднего школьного возраста, родившихся и постоянно проживающих в г. Архангельске.

Обследование контингентов осуществлялось на базе МОУ СОШ № 35 с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского общества (8/609 ЕС), и одобрено локальным Комитетом по этике Северного государственного медицинского университета №01/10 от 18.01.2010 г.

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 обследованных не были включены дети: имеющие хронические заболевания, имеющие острые заболевания и жалобы в день обследования.

Измерение антропометрических данных (длины тела, массы тела и окружности грудной клетки) осуществлялось до начала обследования по общепринятой методике. В связи с тем, что значимые различия между сезонами года по показателям антропометрии отсутствовали как у мальчиков, так и у девочек (р > 0,05), расчет и анализ должных величин для спирометрических показателей по сезонам года не проводился.

С целью изучения функционального состояния системы внешнего дыхания у детей был использован метод спирографии. Для обследования использовали спирограф микропроцессорный портативный СМП-21/01-"Р-Д" (Россия), который обеспечивал приведение измеренных и вычисленных объемных и скоростных показателей к стандартным газовым условиям (BTPS). Измерения проводились в первой половине дня при дыхании атмосферным воздухом в помещении в условиях температурного комфорта и относительного покоя в положении сидя, через 1,5-2 часа после принятия пищи, после предварительной тренировки обследуемого. Тренировка согласно рекомендациям H.A. Шалкова (Шалков H.A., 1957) заключалась, прежде всего, в ознакомлении обследуемых с применяемой аппаратурой. При этом ребенка обучали спокойному дыханию в спирограф, а также правильному выполнению маневров при исследовании ЖЕЛ, ФЖЕЛ и МВЛ.

В годовом цикле были изучены следующие показатели: 1. Статические легочные объемы: дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха (РОв), резервный объем выдоха (РОвы ), и жизненная емкость легких (ЖЕЛ);

2. Динамические легочные объемы: минутный объем дыхания (МОД), частота дыхания (ЧД), максимальная вентиляция легких (MBJI), рассчитывался резерв дыхания (РД); 3. Показатели проходимости воздухоносных путей: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), пиковая объемная скорость (ПОС), максимальная объемная скорость при выдохе 25, 50 или 75 % ФЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75 соответственно), средняя объемная скорость на участке 25-75 % ФЖЕЛ (СОС25 75), рассчитывался индекс Генслера (ИГ).

Кроме спирографического исследования был проведен анализ газового состава выдыхаемого воздуха. При помощи газоанализатора ПГА-200 в выдыхаемом воздухе определялось процентное содержание кислорода (Fe02) и углекислого газа (FeC02) с последующим расчетом относительной величины потребления кислорода (П02/кг) (Аулик И.В., 1990) и минутного выделения углекислого газа (ВУГ) (Кузнецова Т.Д., Назарова Н.Б., 1976).

В помещении, где осуществляли исследование, измеряли температуру воздуха и атмосферное давление, для того, чтобы привести величину потребления кислорода и выделение углекислоты к стандартным физическим условиям (STPD) (Анохин М.И., 2003).

Для оценки экономичности внешнего дыхания определялись следующие показатели: вентиляционный эквивалент (ВЭ), дыхательный коэффициент (ДК), кислородный эффект одного дыхательного цикла (02RC). С целью определения эффективности вентиляции и газообмена в легких рассчитывался коэффициент использования кислорода (КИ02).

Анализ полученных результатов исследования проводился с помощью статистического пакета SPSS 18.0. Проверка на нормальность распределения данных осуществлялась при помощи критерия Шапиро-Уилк (для выборок до 50 наблюдений). Результаты описательной статистики для данных, подчиняющихся закону нормального распределения, представлялись в виде среднего значения (М) и стандартного отклонения (s), для данных, не подчиняющихся закону нормального распределения — в виде медианы (Me), первого и третьего квартиля (Q1 и Q3 соответственно). В случае нормального распределения данных использовался дисперсионный анализ для зависимых выборок, для попарных сравнений - t-критерий Стьюдента для зависимых выборок с поправкой Бонферрони. В случае распределения данных отличного от нормального - использовался дисперсионный анализ по Фридману, для попарных сравнений - критерий Вилкоксона для зависимых выборок с поправкой Бонферрони. Критический уровень значимости (р) для всех проверяемых статистических гипотез принимался равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Статистическая обработка полученных данных показала, что у здоровых детей среднего школьного возраста, жителей г. Архангельска, в системе внешнего дыхания в течение года происходят значимые функциональные перестройки.

Так, при анализе динамики статических легочных объемов и емкостей в годовом цикле установлено, что величина ЖЕЛ зависела от сезона года, как у мальчиков, так и у девочек (табл. 1). В группе девочек значения показателя ЖЕЛ были статистически значимо больше осенью, летом и зимой по сравнению с весной, в группе мальчиков - осенью по сравнению с зимой, весной и летом. Максимальные значения ЖЕЛ регистрировались в осенний период года, минимальные - в весенний. Так, осенью в группе девочек величина ЖЕЛ превышала летнее значение на 7 % (р < 0,001), в группе мальчиков на 4,8 % (р < 0,01), весной показания ЖЕЛ в группе девочек были снижены по сравнению с летом на 3,5 % (р < 0,01), в группе мальчиков на 5,3 % (р < 0,05). Повышенную ЖЕЛ в осенний период года по сравнению с весенним, вероятно, можно расценивать как компенсаторно-приспособительную реакцию организма направленную на увеличение площади дыхательной поверхности легких, обеспечивающей газообмен (Ferguson G.T. et al., 2000), и на улучшение параметров кондиционирования воздуха (Варламова Н.Г. и др., 2008).

При фракционном анализе ЖЕЛ, установлено, что фактическая величина РО зависела от сезона года у девочек и была значимо больше зимой по

вд ~

сравнению с весной. В обеих группах максимальные значения РОвд наблюдались зимой и осенью, минимальные - весной. Значения РОвыд зависели от сезона года у мальчиков и были статистически значимо больше летом, чем зимой и весной. Так, летом величина РОвыд превышала зимнее значение на 30 % (р < 0,01), весеннее на 18,3 % (р < 0,05). Максимальные показания РО в обеих группах приходились на лето и осень, минимальные на зиму. Повышение величин резервных объемов вдоха и выдоха в осенний период года, вероятно, является проявлением компенсаторно-приспособительных реакций внешнего дыхания, направленных на обеспечение повышающихся к зиме энергозатрат организма и способствующих демпфированию неблагоприятных климатических факторов.

Демонстративным показателем функции системы внешнего дыхания является величина ДО (Давидовская Е.И. и др., 2005). Показатель ДО зависел от сезона года у девочек и был статистически значимо больше зимой по сравнению с весной, и осенью по сравнению с летом. Максимальные значения ДО в группе девочек наблюдались осенью, минимальные летом.

Показатели легочных объемов и емкостей в различные сезоны года у детей 11-14 лет, уроженцев Европейского Севера

п = 35 (д), п = 25 (м)

Показатели Пол Сезон года Р Р.-2 Р.-з Рм Р2.3 Р2-4 Рз^

зима (1) весна (2) лето (3) осень(4)

ЖЕЛ, л д2 3,52 ±0,53 3,29 ±0,47 3,41 ±0,52 3,65 ± 0,48 < 0,001 *** ** *** ***

м2 3,89 ± 0,71 3,78 ±0,76 3,99 ± 0,87 4,18 ±0,83 < 0,001 ** * *** **

РО ,л вд' д2 1,43 ± 0,43 1,18 ±0,39 1,37 ± 0,53 1,42 ±0,48 0,021 **

м2 1,63 ± 0,67 1,33 ± 0,54 1,38 ±0,6 1,47 ±0,48 0,058

РО , л выл' д1 1,51 (1,15:2,11) 1,61 (1,32; 1,98) 1,72 (1,38;2,09) 1,76 (1,43;2,36) 0,061

м2 1,61 ± 0,47 1,88 ± 0,59 2,3 ± 0,88 2,12 ±0,82 0,001 ** *

ДО, л д1 0,45 (0,38;0,53) 0,42 (0,33;0,49) 0,4 (0,32;0,48) 0,46 (0,38:0,56) 0,003 * **

м1 0,49 (0,41;0,53) 0,49 (0,41;0,58) 0,46 (0,37;0,53) 0,46 (0,38;0,54) 0,46

Примечание. Различия между сезонами статистически значимы: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Ме (()1;£)3));

2 - параметрическим критерием Т-Стьюдента, (М ± 5).

Так, в осенний период года величина ДО превышала летнее значение на 15 % (р< 0,01). Увеличение глубины дыхания в группе девочек в холодный (зимой) и переходный (осенью) периоды года, вероятно, способствует увеличению количества функционирующих альвеол.

Известно, что показатель МОД является непосредственным результатом работы системы внешнего дыхания (Гришин О.В. и др., 2004). Исследование величины МОД показало, что ее изменения зависели от сезона года в группе девочек и значения МОД были статистически значимо выше осенью по сравнению с летом и весной (табл. 2). Так, осенью в группе девочек величина МОД превышала летнее значение на 12,2 % (р < 0,05). Максимальные значения МОД у девочек наблюдались в осенний, у мальчиков - в осенний и весенний периоды года. Минимальные - у девочек - весной, у мальчиков - летом. Увеличение МОД в осенний период года может являться важной приспособительной реакцией внешнего дыхания в ответ на повышенную потребность организма в кислороде, направленную на обеспечение усиленного тканевого метаболизма, при повышенных энергозатратах.

Как у мальчиков, так и у девочек статистически значимые различия между сезонами года по показателю ЧД выявлены не были, однако наблюдалась тенденция к увеличению ЧД от зимы к осени в обеих группах.

Поскольку, величина МОД определяется не только частотой, но и глубиной дыхания, увеличение МОД в осенний период года в группе девочек достигалось преимущественно за счет возрастания ДО (см. табл. 1), что является более рациональным, чем за счет ЧД, поскольку известно, что такой способ увеличения МОД не приводит к снижению эффективности вентиляции альвеол (Кузнецова Т.Д. и др., 1991; Рапопорт Ж.Ж., 1979).

При оценке вентиляционной функции легких немаловажное значение имеет вопрос о резервах дыхательной системы. Считается, что их можно оценить по показателю МВЛ. Анализ полученных результатов показал, что значения МВЛ зависели от сезона года в группе девочек и были статистически значимо выше летом по сравнению с весной. Так, летом в группе девочек величина МВЛ превышала значение МВЛ весной на 8 % (р < 0,05). Как у девочек, так и у мальчиков максимальные значения МВЛ приходились на осень, что говорит о максимальных функциональных способностях системы внешнего дыхания в переходный период от теплого времени года к холодному.

Наряду с МВЛ большое значение в определении функционального состояния дыхательной системы имеет определение показателя РД. Величина РД показывает способности обследуемого увеличить вентиляцию. Исследование показало значимые различия между сезонами года по показателю РД в группе девочек. Величина РД была статистически значимо больше летом по сравнению с весной.

Показатели динамических легочных объемов в различные сезоны года у детей 11-14 лет,

уроженцев Европейского Севера

п= 35 (д), п = 25 (м)

Показатели Пол Сезон года Р Рм Риз Рм Р2.з Рм Рз^

зима(1) весна(2) лето (3) осень (4)

МОД, л/мин д2 7,38±1,41 7,06±1,66 7,24±1,61 8,12±1,43 0,018 * *

м2 8,32±1,24 8,82±1,89 8,08±1,79 8,53±1,79 0,276

чд, кол/мин д1 15 (13,5;18,5) 17 (15;20) 17 (14,5;22) 18 (15;21) 0,059

м1 17 (15;19) 18 (15;19) 18 (15;19) 18 (16;20) 0,424

МВЛ, л/мин д2 90,88±19,89 88,1±16,88 95,75±14,81 98,74±21,16 0,013 *

м2 103,96±26,06 100,04±22,94 99,31±22,71 110,52±31,86 0,15

РД л/мин д2 83,5±19,86 81,04±16,93 88,5±14,49 90,62±21,71 0,028 *

м1 95,64 (79,02; 111,32) 87,79 (81;112,64) 86,47 (77,3;99,81) 90,52 (81,11;128,42) 0,545

Примечание. Различия между сезонами статистически значимы: *-р<0,05; ** -р < 0,01; *** — р < 0,001. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Ме (()1;<23) У,

2 - параметрическим критерием Т-Стъюдента, (М ± л).

Так, летом величина РД превышала значение РД весной на 8,4 % (р < 0,05). Максимальные значения РД приходились на осень (у девочек), зиму и осень (у мальчиков). Минимальные - на весну (у девочек) и лето (у мальчиков).

Эффективность выполнения легкими специфической функции внешнего газообмена во многом определяется состоянием воздухоносных путей.

Весьма чувствительным к выявлению даже незначительно выраженных изменений бронхиальной проходимости и удобным для их оценки в динамике является показатель ОФВ, (Белов A.A., Лакшина H.A., 2000). Величина ОФВ, зависела от сезона года в группе девочек и была статистически значимо выше в осенний период года по сравнению с весенним и летним (табл. 3). Так, осенью в группе девочек величина OOBt превышала летнее значение на 9 % (р < 0,05). В обеих группах максимальные значения ОФВ, наблюдались осенью, минимальные - весной (у девочек) и летом (у мальчиков).

Пиковая объемная скорость позволяет судить о максимальной скорости, достигаемой в процессе форсированного выдоха (Копытова Н.С., Гудков А.Б., 2007). Установлено, что показатель ПОС зависел от сезона года у девочек и был статистически значимо выше осенью по сравнению с остальными сезонами года. Так, осенью в группе девочек величина ПОС превышала летнее значение на 17,5 % (р < 0,01). В обеих группах значения ПОС были максимальны осенью и минимальны зимой.

Максимальные значения ОФВ] и ПОС как у мальчиков, так и у девочек осенью указывают на более лучшую бронхиальную проходимость на уровне крупных бронхов в переходный период года от теплого к холодному.

Проведенные исследования показали, что значения МОС25 и МОС50 зависели от сезона года в группе девочек и были статистически значимо выше осенью по сравнению с другими сезонами года. Так, осенью величина МОС25 превышала летнее значение на 16,9 % (р < 0,01), показатель МОС50 на 17,9 % (р < 0,01). В обеих группах максимальные значения МОС25 и МОС50 наблюдались осенью, минимальные у девочек - весной, у мальчиков летом (МОС25) и и зимой (МОС50). Повышение значений МОС25 и МОС50 у девочек в осенний период года свидетельствуют о снижении сопротивления дыхательных путей току воздуха на уровне крупных и центральных бронхов (выше 7-8-й генерации) (Анохин М.И., 2012) в переходный период года от теплого к холодному.

Известно, что величина СОС25 75 в меньшей степени зависит от произвольного усилия обследуемого и более объективно отражает проходимость воздухоносных путей (Старшов A.M., Смирнов И.В., 2003). Установлено, что показатель СОС25 75 зависел от сезона года в группе девочек и был статистически значимо выше осенью по сравнению с весной и летом.

Показатели форсированных дыхательных проб в различные сезоны года у детей 11—14 лет,

уроженцев Европейского Севера

п = 35 (д), п = 25 (м)

Показатели Пол Сезон года Р Р.-2 Риз Рм Р2-з Р2Ч Рзч

зима (1) весна (2) лето (3) осень (4)

ОФВ,, л/с д1 2,49(1,68;2,88) 2,32(1,92;2,71) 2,55(2,04;2,89) 2,78(2,54;3,21) < 0,001 * *

м1 2,83(1,78;3,42) 2,73(2,38;3,2) 2,39(1,68:2,65) 2,97(2,36;3,26) 0,04

пос, л/с д2 4,31±1,28 4,33±1,37 4,73±1,15 5,56±1,07 <0,001 *** *** **

м1 4,86(3,55;5,92) 5(4,19:5,75) 5,11(4,33:5,79) 5,53(4,36:6,25) 0,49

МОС25, л/с д2 3,83±1,34 3,77±1,31 4,26±1,11 4,98±1,11 < 0,001 *** *** **

м1 4,5(3,3:5,34) 4,38(3,84:5,33) 4,25(3,58:5,37) 4,5(3,8:5,42) 0,248

МОС50, л/с д2 3,32±1,25 3,2±1,07 3,47±0,83 4,09±0,91 <0,001 ** *** **

м2 3,67±1,21 3,85±0,95 3,86±0,93 4±0,89 0,439

сос25.75, л/с д2 3,08±1,09 3±0,95 3,17±0,73 3,62±0,86 0,005 ** *

м2 3,45±1,05 3,56±0,91 3,51±0,87 3,64±0,87 0,688

Примечание. Различия между сезонами статистически значимы: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Ме (<21;0,3))\

2 - параметрическим критерием Т-Стъюдента, (М ±

Так, осенью в группе девочек величина СОС превышала летнее значение на 14,2 % (р < 0,05) (рис. 1). Увеличенные значения показателя СОС25-75 в группе девочек в осенний период года свидетельствует о снижении сопротивления дыхательных путей потоку воздуха на уровне средних бронхов ниже 7-8-й генерации разветвления (Анохин М.И., 2003).

115 112 109 106 103 100 97 94

114,2*

101,4

1103,7

О девочки ■ мальчики

Рис.1. Величина СОС25 75 в различные сезоны года у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера

Примечание. За 100 % принята величина СОС25 75 в летний период года. Различия по сравнению с летним сезоном статистически значимы: * - р < 0,05.

Важнейшим показателем, характеризующим обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров является величина П02. Анализ полученных результатов показал зависимость показателя относительной величины П02 (П02/кг) от сезона года (табл. 4). Так, у девочек величина П02/кг осенью превышала летнее значение на 14,8 % (р < 0,05), в группе мальчиков на 17,8 % (р > 0,05).

В связи с тем, что величина П02/кг в большей степени определяется уровнем метаболизма (Иржак Л.И., 2006), можно предположить, что в переходный период от теплого времени года к холодному (осенью), у детей 11-14 лет жителей Европейского Севера наблюдается интенсификация окислительных процессов, а, следовательно, и повышение потребности в кислороде, что, вероятно, является компенсаторно-приспособительным механизмом в ответ на снижение температуры окружающего воздуха.

Показатели легочного газообмена и его экономичности в различные сезоны года у детей 11-14 лет,

уроженцев Европейского Севера

п = 35 (д), п = 25 (м)

Показатели Пол Сезон года Р Ры Р.-3 Рм Р2-3 Р2Ч Рз-4

зима(1) весна(2) лето (3) осень (4)

П02/кг, мл/мин/кг д2 6,43±1,96 7,03±2,26 7,04±1,85 8,08±2,04 0,004 ** *

м1 6,61(5:7,54) 7,7(6,7;8,9) 6,11(5,63;7,9) 7,2(6,16:8,5) 0,008 *

Ре02, % д2 16,95±0,84 16,39±0,68 16,26±0,49 16,03±0,69 <0,001 * ** ***

м2 16,9±0,77 16,47±0,59 16,57±0,61 16,2±0,58 0,001 ** *

РеС02,% д1 1,97(1,75;2,09) 1,6(1,34:1,9) 1,62(1,38;1,75) 1,89(1,67;2,03) <0,001 * ** * **

м2 1,87±0,26 1,59±0,4 1,69±0,33 1,8±0,3 0,006 *

ВУГ, мл/мин д1 110,4 (94,65; 139) 93 (72,85; 120,8) 92,2 (72,7; 111,2) 121,5 (111,5;145,9) <0,001 * ** **

м2 127,8±23,56 115,9±36,5 107,1±33,86 125,56±29,45 0,042 *

°2М7 МЛ д1 15,39 (12,91;21,01) 18,65 (12,73:21,55) 17,88 (13,94:21,98) 22,54 (17,51:27,04) 0,007 * * **

м2 19,06±5,82 21,86±5,81 19,49±6,21 21,49±5,63 0,116

Примечание. Различия между сезонами статистически значимы: * -р < 0,05; **-р<0,01;***-р< 0,001. Сравнение зависимых выборок осуществлялось:

1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, (Ме (()1;£)3));

2 - параметрическим критерием Т-Сгьюдента, (М ± х).

При изучении динамики минутного ВУГ, было выявлено, что в группе девочек несмотря на то, что РеС02 в выдыхаемом воздухе осенью было минимальным, величина минутного ВУГ была максимальна, что достигалось за счет повышения величины МОД (см. табл. 2), преимущественно за счет ДО (см. табл. 1) и в небольшой степени ЧД, для обеспечения должного выведения углекислого газа. В группе мальчиков повышение показателя минутного ВУГ осенью не наблюдалось, максимальные значения регистрировали в зимний период года (на 29,3 % больше по сравнению с летом, р < 0,05).

Об экономичности кислородных режимов в организме позволяет судить показатель 02КС. Исследование величины Ожс показало, что ее изменения зависели от сезона года в группе девочек и 02КС была статистически значимо выше осенью по сравнению с зимой, весной и летом. Так, осенью в группе девочек величина 02КС превышала летнее значение 02КС на 26 % (р < 0,01) (рис.2). Максимальные значения Ожс у девочек приходились на осень, у мальчиков на весну и осень, минимальные на зиму в обеих группах. Возрастание величины 02КС в осенний период года указывает на сниженную экономичность работы дыхательной системы, поскольку организму на выполнение одного дыхательного цикла требуется затрачивать большее количество энергии.

лето

осень**

зима

девочки

весна

Рис.2. Динамика величины 02ЯС в различные сезоны года у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера Примечание. За 100 % принята величина 02КС в летний период года. Различия по сравнению с летним сезоном статистически значимы: **-р<0,01.

Таким образом, у детей 11-14 лет, родившихся и постоянно проживающих на Европейском Севере России, в переходный период от теплого вре-

мени года к холодному (осенью) установлено повышение функциональных возможностей, предельных и резервных способностей системы внешнего дыхания, общей вентиляции легких, проходимости дыхательных путей на уровне крупных и средних бронхов, газообменной эффективности вентиляции при снижении экономичности одного дыхательного цикла.

ВЫВОДЫ

1. У детей среднего школьного возраста (11-14 лет), уроженцев г. Архангельска, наиболее высокие значения показателей ЖЕЛ, РОвыд и ДО в группе девочек, а также ЖЕЛ в группе мальчиков наблюдаются в осенний период года. Так, в группе девочек величины ЖЕЛ, РОвыд и ДО превышают летние значения на 7 % (р < 0,001), 2,3 % (р > 0,05) и 15 % (р < 0,01) соответственно. У мальчиков значения ЖЕЛ осенью больше по сравнению с летом на 4,8 % (р < 0,01). Минимальные величины ЖЕЛ как у девочек (р < 0,05), так и у мальчиков (р < 0,01) зарегистрированы весной.

2. В переходный период от теплого времени года к холодному (осенью) у девочек 11-14 лет установлены наибольшие значения величины МОД (на 12,2 % больше по сравнению с летом (р < 0,05)), что достигается преимущественно за счет возрастания ДО. В группе мальчиков значимых различий в величине МОД между разными сезонами года не выявлено (р > 0,05). Предельные и резервные способности аппарата внешнего дыхания у обследуемого контингента максимальны в осенний период года, минимальны — весной.

3. Осенью у девочек среднего школьного возраста регистрируется наименьшее сопротивление дыхательных путей на уровне крупных и средних бронхов. Так, величины ОФВ]; ПОС, МОС25, МОС50 и СОС25 75 осенью превышают летние значения в группе девочек соответственно на 9 % (р < 0,05), 17,5 % (р < 0,01), 16,9 % (р < 0,01), 17,9 % (р < 0,01) и 14,2 % (р < 0,05). В группе мальчиков статистически значимых сезонных изменений не выявлено.

4. Интенсивность легочного газообмена у детей 11-14 лет максимальна в осенний период года, когда выявлены наиболее высокие значения показателей П02/кг и ВУГ, которые у девочек превышают летние значения на 15,2 % (р < 0,05) и 31,8 % (р < 0,01), а у мальчиков на 14,5 % (р > 0,05) и 17,2 % (р > 0,05) соответственно.

5. В осенний период года у детей среднего школьного возраста установлено снижение экономичности работы системы внешнего дыхания у девочек на 26 % (р < 0,01) и у мальчиков на 10,3 % (р > 0,05) по сравнению с летним периодом.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В отделениях функциональной диагностики при проведении у детей мониторинговых спирографических исследований рекомендуется учитывать сезонную динамику показателей внешнего дыхания.

2. Данные об особенностях функционирования дыхательной системы у детей 11-14 лет, родившихся и постоянно проживающих в условиях Севера, в различные сезоны годы должны быть рекомендованы к использованию в учебном процессе медицинских и педагогических ВУЗов, а также должны быть включены в учебные программы на факультетах последипломного образования.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Завьялова A.A. Сезонные адаптивные реакции статических легочных объемов и емкостей у детей среднего школьного возраста, уроженцев Европейского Севера / A.A. Завьялова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. - 2010. - № 2. - С. 32-33.

2. Завьялова A.A. Показатели динамических легочных объемов у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера, в различные сезоны года / A.A. Завьялова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. -2011. -№ 2. - С. 20 -21.

3. Завьялова A.A. Динамика показателей статических легочных объемов и емкостей у детей среднего школьного возраста Европейского Севера в годовом цикле / A.A. Завьялова // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. - 2011. - № 2. — С. 21 - 22.

4. Завьялова A.A. Изменения вентиляционной функции легких в различные сезоны года у детей 11-14 лет, уроженцев Европейского Севера / A.A. Завьялова // Аспирантские и докторантские чтения. Материалы научно-практической конференции молодых ученых в рамках первой Всероссийской недели науки с международным участием. — Саратов: Издательство Саратовского медицинского университета, 2012. — С. 11-12.

5. Завьялова A.A. Сезонные изменения показателей легочного газообмена и его экономичности у детей 11-14 лет, уроженцев Европейского Севера / A.A. Завьялова // В мире научных открытий. — 2012. - № 2 (26). — С. 48-52.

6. Завьялова A.A. Сезонные изменения показателей внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста — уроженцев г. Архангельска

/ A.A. Завьялова, Ф.А. Щербина, B.C. Смолина // Экология человека. -2012.-№2.-С. 28-31.

7. Завьялова A.A. Сезонные изменения проходимости воздухоносных путей у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера / A.A. Завьялова, Ф.А. Щербина, B.C. Смолина // Экология человека. - 2012. - № 4. - С. 34 - 38.

Подписано в печать 19.04.2012. Формат 60x84'/i6. Бумага офсетная.

Гарнитура Times New Roman. Печать ризография. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1005

ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, 51 Телефон 20-61-90. E-mail: izdatel@nsmu.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Завьялова, Александра Александровна, Архангельск

61 12-3/1086

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ-СЕВЕРЯН 11-14 ЛЕТ

На правах рукописи

ЗАВЬЯЛОВА Александра Александровна

03.03.01 - физиология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Ф.А. Щербина

Архангельск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.......................3

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................5

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Морфофункциональные особенности дыхательной системы

у детей среднего школьного возраста, жителей Севера..................9

1.2. Пульмонотропные факторы Севера..........................................16

Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Организация проведения исследования....................................32

2.2. Исследования показателей функции системы внешнего дыхания....33

2.3. Математико-статистическая обработка данных...........................38

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Динамика статических легочных объемов и емкостей в годовом цикле..............................................................................40

3.2. Характеристика динамических легочных объемов в различные сезоны года.........................................................................48

3.3. Сезонные изменения показателей проходимости воздухоносных путей ....................................................................................................56

3.4. Показатели легочного газообмена и его экономичности в различные сезоны года...........................................................67

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................77

ВЫВОДЫ.......................................................................................94

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ...................................................96

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................97

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВУГ - выделение углекислого газа, мл/мин ВЭ - вентиляционный эквивалент ДК - дыхательный коэффициент ДО - дыхательный объем, л

ДОмвл - дыхательный объем при максимальной вентиляции легких, л

Евд - емкость вдоха, л

ЖЕЛ - жизненная емкость легких, л

ИГ - индекс Генслера, %

КИ02 - коэффициент использования кислорода, мл/мин МВЛ - максимальная вентиляция легких, л/мин МОД - минутный объем дыхания, л/мин

МОС25, 50, 75 - максимальная объемная скорость при выдохе 25, 50 или 75 % ФЖЕЛ соответственно, л/с

02яс - кислородный эффект одного дыхательного цикла, мл

ОФВ0,5 - объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды, л

ОФВ! - объем форсированного выдоха за первую секунду, л

П02 - потребление кислорода, мл/мин

П02/кг - относительное потребление кислорода, мл/мин/кг

ПОС - пиковая объемная скорость, л/с

ПТМВД - пневмотахометрия вдоха, л/с

ПТМВЬ1Д - пневмотахометрия выдоха, л/с

РД - резерв дыхания, л/мин

РОвд - резервный объем вдоха, л

РОфвд - резервный объем форсированного вдоха, л

РОвьщ - резервный объем выдоха, л

РОфВЫд - резервный объем форсированного выдоха, л

СОС25_75 - средняя объемная скорость на участке 25-75 % ФЖЕЛ, л/с

ТПОС - время пиковой объемной скорости, с

ТФЖЕЛ - время форсированной жизненной емкости легких, с ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких, л ЧД - частота дыхания, кол/мин

ЧДмвл - частота дыхания при максимальной вентиляции легких, кол/мин БеОг - содержание кислорода в выдыхаемом воздухе, % БеСОг - содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе, %

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Среди ведущих факторов, определяющих специфику Севера, выделяют большую группу пульмонотропных, оказывающих непосредственное влияние на систему внешнего дыхания [37, 55, 155, 212]. На протяжении года в соответствии с циклом естественных сезонных компенсаторно-приспособительных реакций, направленных на уравновешивание с внешней средой, функциональное состояние системы внешнего дыхания изменяется [32, 97, 110, 204]. При этом оценка степени напряжения системы дыхания и диапазона ее компенсаторных возможностей представляют собой одну из важных проблем физиологии и пульмонологии [5, 13,47, 50, 83, 131, 146, 195].

В настоящее время имеются исследования о влиянии климатических факторов Севера на дыхательную систему взрослых в различные сезоны года [22, 31, 33, 74, 78, 112, 124, 182]. Однако взаимодействие организма ребенка с окружающей средой имеет свои особенности и закономерности. Процессы роста и дифференцировки в организме ребенка обусловливают высокую чувствительность к изменению среды и служат одним из индикаторов ее влияния [3, 9, 114]. Вместе с тем научные исследования по изучению функционирования системы внешнего дыхания у детского населения в различные сезоны года немногочисленны [73, 187].

Дети среднего школьного возраста испытывают морфофункциональную перестройку внутренних органов и систем, связанную с пубертатным скачком роста, что определяет их большую уязвимость по сравнению с детьми других возрастов. Для ребенка 11-14 лет характерны неравномерность роста и созревания отдельных легочных структур, несовершенство нейрогуморальной регуляции внешнего дыхания, что приводит к функциональной нестабильности системы дыхания [14, 149] и повышению ее чувствительности к воздействию неблагоприятных природно-климатических факторов Севера. Однако в настоящее время данные по изучению функции внешнего дыхания у детей 11-

14 лет в годовом цикле носят фрагментарный характер [108, 149], что отражает необходимость дальнейшего изучения этого вопроса.

Цель и задачи исследования. Цель работы - установить особенности сезонных изменений системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста (11-14 лет), родившихся и постоянно проживающих в условиях Европейского Севера России.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать в различные сезоны года статические легочные объемы и емкости у детей 11-14 лет, жителей г. Архангельска.

2. Изучить вентиляционные показатели, предельные и резервные возможности системы внешнего дыхания у обследованных детей в течение года.

3. Определить годовую динамику показателей проходимости дыхательных путей у детей-северян среднего школьного возраста.

4. Проанализировать показатели легочного газообмена и оценить экономичность кислородных режимов в годовом цикле у обследуемого контингента.

Научная новизна. Впервые установлены сезонные особенности функционального состояния системы внешнего дыхания у детей 11-14 лет, жителей Европейского Севера. Показано, что наиболее выраженные компенсаторно-приспособительные реакции системы внешнего дыхания возникают в переходные периоды года (весной, осенью). Выявлено, что в системе внешнего дыхания самые значительные изменения в динамике годового цикла наблюдаются в показателях бронхиальной проходимости и легочного газообмена в сравнении с величинами статических и динамических легочных объемов, которые изменяются в меньшей степени. Установлено, что в течение годового цикла наименьшая экономичность кислородных режимов наблюдается в осенний период.

Практическая значимость. Выявленные особенности сезонных изменений системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста,

уроженцев Европейского Севера, позволяют охарактеризовать компенсаторно-приспособительные процессы, протекающие в детском организме под влиянием природно-климатических факторов, дополняя этим сведения по возрастной и экологической физиологии.

Материалы исследования используются в учебном процессе на экспериментальной базовой кафедре экологической физиологии и биохимии Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (акт о внедрении от 20.02.2012), на кафедре нормальной и патологической физиологии ГОУ ВПО ХМАО-Югры «Ханты-Мансийской государственной медицинской академии» (акт о внедрении от 14.03.2012), на кафедре гигиены и медицинской экологии Северного государственного медицинского университета (акт о внедрении от 16.03.2012).

Полученные результаты могут быть использованы для составления базы данных для дальнейших исследований в рамках изучения сезонных изменений дыхательной системы у детей.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. Наиболее выраженные изменения показателей системы внешнего дыхания у детей среднего школьного возраста, жителей Европейского Севера, наблюдаются в переходный период от теплого времени года к холодному (осенью). 2. Среди показателей, характеризующих состояние системы внешнего дыхания, наибольшие изменения в годовом цикле происходят со стороны бронхиальной проходимости и легочного газообмена. 3. Сезонная динамика показателей внешнего дыхания у девочек более выражена, чем у мальчиков.

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 IV Архангельской международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов (к 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова) (Архангельск, 2011); на международной научно-практической конференции «Циркумполярная медицина: влияние факторов

окружающей среды на формирование здоровья человека» (Архангельск, 2011); на Итоговой научной сессии СГМУ и СНЦ Северо-Западного отделения РАМН «Медицинские школы Европейского Севера: от науки к практике» (Архангельск, 2011); на I Международной заочной электронной конференции «Кислотно-основной 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 заседании проблемной комиссии СГМУ по экологии, физиологии труда, гигиене и безопасности в чрезвычайных ситуациях (Архангельск, 2012). По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из которых 3 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Работа проиллюстрирована 5 таблицами и 24 рисунками. Список литературы включает 211 отечественных и 58 зарубежных публикаций.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Морфофункциональные особенности дыхательной

системы у детей среднего школьного возраста, жителей Севера

Для интерпретации изменений, происходящих в организме ребенка, представляется важной оценка функции внешнего дыхания детского организма [199]. Высокую чувствительность дыхательной системы детей определяет ее функциональная нестабильность, связанная с неравномерностью роста и созреванием отдельных легочных структур, несовершенством нейрогуморальной регуляции внешнего дыхания [205].

Развитие дыхательной функции легких в онтогенезе происходит неравномерно и гетерохронно в тесной взаимосвязи с физическим развитием организма детей, морфологической перестройкой легких и грудной клетки, возрастной динамикой метаболических процессов, совершенствованием регуляторных механизмов [102, 153, 163, 258].

Такие легочные показатели как ЖЕЛ, ДО и резервные объемы дыхания определяются характеристиками грудной клетки [103] и изменяются с ростом и развитием организма.

Грудная клетка детей 11 лет имеет еще конусообразную форму, сохраняется приподнятое положение ребер со сниженной амплитудой их движения [71]. Относительно слабое развитие межреберных мышц объясняет большое участие диафрагмы в акте дыхания. Поэтому, сохраняя признаки детского, дыхание 11-летнего ребенка продолжает оставаться более частым, чем у взрослого. Однако с возрастом, по мере увеличения размеров грудной клетки, изменения наклона ребер, развития межреберной мускулатуры и мускулатуры брюшной стенки, увеличивается возможность глубокого вдоха, ритм дыхания становится более стабильным и редким, приобретая у некоторых подростков характеристики взрослых [94, 257].

Возрастное увеличение абсолютных величин ЖЕЛ и ее фракций [89, 190] связано с анатомическим ростом легких, за счет увеличения диаметра альвеол [161], с улучшением проходимости дыхательных путей, увеличением растяжимости тканей легких и грудной клетки, развитием мускулатуры [103]. Помимо этого показатели статических объемов легких и ЖЕЛ зависят от возраста, пола, роста, окружности грудной клетки, степени физической тренированности и этнических особенностей [4, 7, 159, 165, 196, 237, 239, 250, 254, 255]. Корреляционный анализ показал, что более тесная зависимость существует между легочными объемами и антропометрическими данными ребенка [198, 229]. Эта зависимость экспоненциальна, т.е. легочные объемы у детей растут сначала медленнее, чем увеличивается рост, потом примерно в том же темпе, а затем возрастание легочных объемов происходит быстрее, чем увеличение длины тела. И, прежде всего, это относится к мальчикам, у которых с началом полового созревания происходит ускоренный рост легочных объемов. При этом отмечено наличие неизотропного роста легочных структур [197].

Параллельно с увеличением возраста увеличиваются абсолютные величины минутного объема дыхания (МОД). Причем исследования В.Д. Смирновой, А.Н. Карякиной [156] показали, что в ходе индивидуального развития ребенка школьного возраста наблюдается волнообразное колебание МОД в покое с двумя пиками, которые приходятся у девочек на 12 и 15 лет, у мальчиков на 13 и 15 лет. Также известно, что у детей 11-14 лет существует тесная зависимость абсолютных величин МОД от пола (у мальчиков величины МОД выше). Объяснить это можно отчасти наступающей препубертатной дифференциацией типов дыхания — преимущественно брюшного типа у мальчиков и смешанного типа дыхания с преобладанием чаще грудного у девочек [14]. Величина МОД у детей среднего школьного возраста по данным различных авторов значительно отличается. Так, в 12 лет уровень легочной

вентиляции составляет 8 - 9,4 л/мин [94], 6,8 - 7,8 л/мин [41], 4,9 - 5,7 л/мин [8], 4,8 - 5,4 л/мин [101]. В 14 лет МОД составляет 4,9 л/мин [178], 5,5 - 5,9 л/мин [101], 7,7-8,8 л/мин [41].

В результате некоторого отставания увеличения величины МОД от увеличения площади поверхности тела происходит возрастное снижение относительных величин и замедление в период полового созревания [71]. Статистически значимых различий между показателями относительных величин МОД у девочек и мальчиков выявлено не было [103].

Система дыхания у детей-северян находится в состоянии функционального напряжения и МОД у них достоверно превышает должную величину [52, 162]. У детей, коренных жителей Севера, обнаружили значительное увеличение ДО и легочной вентиляции, потребления кислорода и максимальной альвеолярной вентиляции при сокращении частоты дыхательных движений [128].

Характерными чертами режима дыхания ребенка являются частый и не очень стабильный ритм, относительно одинаковое распределение времени дыхательного цикла между вдохом и выдохом, небольшой дыхательный объем, короткие дыхательные паузы. У детей 10 - 11 лет частота дыханий (ЧД) колеблется от 13 до 18 в минуту [94, 141]. За период от 6 до 15 лет частота дыхания у детей снижается с 22,0 - 29,0 до 14,0 - 20,0 в минуту [103] или с 25,8 до 19 дыханий в минуту [41]. У детей 11 лет дыхательный объем (ДО) составляет 254 - 466 мл [94]. В дыхательном цикле фаза вдоха становится короче, а выдох и дыхательная пауза - продолжительнее.

Величина максимальной вентиляции легких (МВД) с возрастом детей увеличивается пропорционально развитию массы [201], сократительной способности мышц, а также растяжимости легких [94], практически достигая в пубертатном возрасте нормы взрослых.

Половые различия МВД проявляются с 12 лет [103]. Существует тесная зависимость МВД от влияния различных легочных и внелегочных факторов, поэтому величина МВД подвержена значительным индивидуальным колебаниям. Известно, что, позволяя судить о суммарных изменениях механики дыхания, МВЛ также характеризует и резервные возможности дыхания, увеличивающиеся по мере взросления ребенка [47].

С возрастом наблюдается увеличение объемных скоростей форсированного дыхания, что отражает преобладание процесса расширения воздухоносных путей над их удлинением, снижение динамического сопротивления и возрастание мощности сокращения мускулатуры выдоха [103, 77]. При этом меньший темп прироста СОС75.85 по сравнению с возрастной динамикой сос25-75 объясним тем, что дети младшего возраста имеют меньшую эластическую отдачу легких, в результате чего возникает динамическая компрессия мелких воздухоносных путей, и фрикционное сопротивление в конце выдоха существенно возрастает [205, 266]. В свою оче