Влияние средовых факторов промышленного города на функциональное состояние системы внешнего дыхания у подростков

ЗДОРОВЬЕ, ОБРАЗ ЖИЗНИ, ЭКОЛОГИЯ

© МИХАЙЛОВА Л. А., МАТЫСКИН А.В.

ВЛИЯНИЕ СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У

ПОДРОСТКОВ

Л. А. Михайлова, А.В. Матыскин

Красноярская государственная медицинская академия, ректор -д.м.н., проф. И.П. Артюхов, кафедра физиологии, зав. - д.м.н., проф. Ю.И.

Савченков

Резюме. Проведено обследование 340 детей 7-10 лет обоего пола, проживающих в Сибири в районах с высоким промышленным загрязнением (I группа), крупными автомобильными развязками (II) и спальном (III). У детей I группы увеличен минутный объем дыхания за счет его глубины, более короткого вдоха, увеличения объемной скорости воздушного потока, что обеспечивается более развитой дыхательной мускулатуры по сравнению со сверстниками из спального района. Для детей II группы характерен ритм дыхания, соответствующий показателям III группы, но более низкими резервными возможностями.

Ключевые слова: система внешнего дыхания, подросток, промышленный город, средовые факторы.

Организм детей и подростков чувствительно реагирует на многообразные факторы окружающей среды в период роста и развития. Многочисленные исследования, проведенные рядом авторов [2, 7, 8] свидетельствуют о том, что неблагоприятные условия внешней среды в крупных промышленных городах приводят к увеличению частоты случаев аллергии, бронхолегочной патологии нарушениям нервно-психического и физического развития. В литературе приводятся данные о том, что почти 53% нозологических форм заболеваний у детей из 19 классов болезней обнаруживают достоверную связь с содержанием загрязняющих веществ в окружающей среде [1, 8]. Химические загрязнители представляют собой особую опасность для здоровья детей в силу повышенной чувствительности к ним детского организма [3, 7]. Для крупных промышленных городов характерно интенсивное загрязнение атмосферы. Уровень загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается иногда и свыше сотни, превышает ПДК, а совместное действие оказывается еще более значительным.

Дыхательная система наиболее тесно связана с внешней средой, и загрязнение атмосферы не может не сказываться на ее состоянии. Легкие человека с их огромной

поверхностью представляют собой орган, который без всякого отбора поглощает любые загрязнения, имеющиеся в воздухе.

Материалы и методы

Целью наших исследований явилось выяснение особенностей функционального состояния системы внешнего дыхания у детей, проживающих в промышленном городе, но в районах с различным характером загрязнения.

Нами проведено обследование 340 детей 7-10 лет, проживающих в г.Красноярске. Обследованные дети не имели хронических заболеваний и в последние 3 месяца не болели ОРВИ. Воздушный бассейн Красноярска характеризуется многокомпонентным составом вредных примесей, из которых 16 являются веществами 1-2 класса опасности. Качественный состав выбросов в атмосферу отличается разнообразием твердых (30%) и газообразных (70%) веществ.

В первую группу (I) были включены дети, родившиеся и проживающие в районе рядом с химическими предприятиями, в число приоритетных загрязнителей атмосферы которых входят полициклические ароматические углеводороды, бенз-а-пирен, фтористые соединения. Уровни разовых максимальных концентраций в жилых массивах этого района на всех пунктах наблюдения превышают санитарные нормы в 7-39 раз. В почвенном слое отмечается значительное превышение концентрации цинка, никеля, стронция, свинца и марганца. Вторая группа (II) - дети, проживающие и обучающиеся в школах, расположенных рядом с интенсивными транспортными магистралями, количество пылевых частиц вблизи школ и жилого массива которых, по данным Красноярской СЭС, превышает санитарные нормы в 4-6 раз. В качестве контроля (III группа) были обследованы дети, проживающие в экологически чистом (спальном) районе вдали от промышленных предприятий.

Были исследованы основные параметры, характеризующие систему внешнего дыхания. Регистрация параметров велась с использованием диагностического комплекса "Valenta +". Обследование проведено в условиях относительного основного обмена. Все параметры приведены к системе BTPS. Результаты исследований обработаны с использованием пакета программ Microsoft Excel для Windows - 2000. Проверка распределения, которому подчиняются результаты исследования, дала возможность использовать для анализа критерий Стьюдента.

Результаты и обсуждение Изучение функциональных возможностей человека на разных этапах его индивидуального развития является одной из актуальных задач возрастной физиологии. У

детей 7-11 лет грудная клетка имеет еще конусообразную форму, сохраняя свойственное более раннему возрасту приподнятое положение ребер с ограниченной амплитудой их движения. Относительно слабо в этот период развиты межреберные мышцы. Экскурсия грудной клетки еще ограничена. Все это в значительной степени определяет небольшую глубину дыхания [4, 9, 10]. Длительность дыхательного цикла, соотношение между фазами вдоха и выдоха, ритм дыхания, его глубина, скорость воздушного потока на вдохе и выдохе в процессе роста и развития ребенка претерпевают значительные изменения.

Интегральным показателем, отражающим работу системы внешнего дыхания, является минутный объем дыхания (МОД). Согласно полученным данным значение этого параметра у детей г. Красноярска находится на уровне возрастных нормативов, установленных для аналогичного возраста детей других районов страны [4 - 6, 9 - 10].

Однако выявляется определенная зависимость от района их проживания. Установлено, что у детей, проживающих вблизи промышленных предприятий (I группа), уровень МОД достоверно превышает значения этого показателя у детей из спального района, в то время как в группе детей, проживающих в районе с интенсивным автомобильным движением (II), показатели МОД снижены. Значения МОД для указанных групп равны 14,74 ± 0,30, 12,06 ± 0,33 и 10,04 ± 0,38 л соответственно. Высокий уровень МОД у детей I группы может быть объяснен более глубоким дыханием. Величина дыхательного объема (ДО) у детей этой группы составила 0,58 ± 0,01 л, что достоверно выше показателей двух других (I и II) групп: 0,41 ± 0,02 л и 0,47 ± 0,01 л соответственно. Значения частоты дыхания (ЧД) у детей обследованных групп находятся на одном уровне (рис. 1).

30

0,7

20

10

0

£

0

*

I группа И II группа

III группа

МОД, л

ЧД, в мин

ДО, л

Рис. 1. Показатели внешнего дыхания у детей в районах с различным промышленным

загрязнением.

Важнейшим динамическим показателем процесса внешнего дыхания является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). Результаты обследования показали, что у детей, проживающих в промышленных районах города, этот показатель имеет достоверно низкие значения по сравнению с контрольной группой, составляя 1,40 ± 0,03 л, 1,41 ± 0,07 л и 1,80 ± 0,04 л соответственно для I, II и III групп. Эти изменения обусловлены, в первую очередь, низкими резервными возможностями системы внешнего дыхания детей из промышленных районов города. Следует отметить, что у детей I группы при повышенном показателе ДО достоверно снижены показатели резервного объема вдоха (РОвд) и выдоха (РО выд), что приводит к увеличению доли ДО в ЖЕЛ (табл.1). Более вариабельным показателем оказался показатель РО выд. Расчет относительного показателя РО выд/ЖЕЛ показал что, если у детей из спального района он составил 39%, то у детей в районе химического загрязнения он равнялся 18%, а при высоком уровне пыли во вдыхаемом воздухе - 28% (табл. 1).

Следует также отметить, что если показатели ЖЕЛ достоверно не отличаются в промышленных районах с различным типом загрязнения атмосферы, то показатели форсированного дыхания, в частности, форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) различны. Установлено, что у детей в районе с пылевым загрязнением ФЖЕЛ достоверно ниже, чем в районе с химическим загрязнением, а в спальном районе дети имеют наибольший его уровень (табл. 1).

Таблица 1

Параметры внешнего дыхания у здоровых детей, проживающих в районах с различным

промышленным загрязнением

Район проживания групп п Показатели внешнего дыхания в исследуемых группах

ДО/ЖЕЛ, отн.ед. РОвыд/ЖЕЛ, отн.ед. ФЖЕЛ, л ОПОС, л ПОС/ПОСвд,от н.ед.

I - промышленный + химические загрязнители 110 0,43 ± 0,04 0,18 ± 0,03 1,15 ± 0,03 0,30 ± 0,01 2,04 ± 0,09

II - промышленный + пыль 87 0,28 ± 0,01 0,28 ± 0,01 0,69 ± 0,03 0,27 ± 0,02 1,21 ± 0,02

III - спальный 143 0,31 ± 0,01 0,39 ± 0,02 1,90 ± 0,13 0,40 ± 0,02 0,97 ± 0,06

Показатель Р 1-2,3 Р 1-2,3 р 1- 2,3 р 1- 3 р 1- 2,3

достоверности отличия между группами (р < 0,05) р 2-3 р 2-3 р 2-3 р 2-3

Примечание :ДО - дыхательный объем; ЖЕЛ- жизненная емкость легких; РОвд- резервный объем вдоха; ФЖЕЛ- форсированная жизненная емкость легких; ОПОС - объем форсированного выдоха во время пиковой объемной скорости; ПОС - пиковая объемная скорость воздушного потока.

О снижении резервных возможностей дыхательной системы у детей, проживающих в экологически неблагоприятных условиях, свидетельствуют также достоверно низкие значения форсированной жизненной емкости вдоха (ФЖЕЛвд) и объем форсированного вдоха (ОФВ1вд). Так, если в спальном районе города ФЖЕЛвд составляла 1,33 ± 0,05 л, то у детей I и II групп - 0,88 ± 0,05 л и 0,90 ± 0,05 л соответственно; значения ОФВ1 вд рпвнялись 1,09 ± 0,04 л и 0,62 ± 0,02 л 0,68 ± 0,04 л соответственно. Выявлено изменение характера дыхания как во время спокойного процесса, так и при форсированном дыхании. Это проявляется в уменьшении временных характеристик, таких как время форсированного вдоха (Тфв) и время вдоха на пиковой скорости (Т пос) (рис.2).

1,6

1,4

1,2

1

5 0,8

0,6 0,4 0,2 0

I группа  II группа

III группа

Тфв

Тпос

Рис. 2. Время форсированного вдоха (Тфв) и время вдоха на пиковой скорости (Тпос) у детей в районах с различным промышленным загрязнением.

Тфв у детей I группы снижено на 35,2% у II - на 23,4% по сравнению с показателями контрольной группы. Для Тпос это снижение составило 2,1 раза и 30,4% соответственно. Кроме этого, установлены изменения в показателях скорости воздушного потока на различных отрезках первой секунды вдоха. Так, у детей, проживающих вблизи промышленных предприятий, СОС 25-75 на 68 % превышает значения в контрольной группе. Максимальная объемная скорость воздушного потока (МОС) у этой группы детей

во времени (МОС 25, МОС 50, МОС 75) превышает показатели контрольной группы на 42%. У детей II группы значения этих показателей не отличаются от уровня контрольной группы. Объем воздуха на пиковой скорости (ОПОС) у детей в загрязненных районах ниже, чем в экологически чистом (табл.1).

Следовательно, у детей, проживающих в промышленном районе, где преобладают выбросы в атмосферу различных химических веществ, форсированное дыхание характеризуется более быстрым воздушным потоком, но низким объемом вдыхаемого при этом воздуха. Для детей, проживающих в районе с крупными промышленными магистралями, при форсированном дыхании время вдоха и объем воздуха, попадающий в легкие при этом, несколько ниже, чем у детей из спального района, но при сохраненной максимальной объемной скорости воздушного потока. Следует отметить более низкую экономичность работы системы внешнего дыхания у детей из неблагоприятных районов, отражением чего является увеличение частоты дыхания при максимальной вентиляции легких (ЧД мвл). Так, для I группы величина ЧД мвл составила 67,00 ± 1,22 в мин, для II-78,21 ± 2,06 по сравнению с контрольной группой - 57,21 ± 1,85 в мин (рис. 3) .

Рис. 3. Процентные отклонения показателей внешнего дыхания у детей, проживающих в промышленных районах по сравнению со сверстниками из экологически благоприятного района.

Обозначения: ЧД - частота дыхания; МОД - минутный объем дыхания; ЖЕЛ - жизненная емкость легких; ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких; ЧД (МВЛ) - частота дыхания при максимальной вентиляции; ОПОС - объем форсированного выдоха за время достижения пиковой скорости; ПОС/ПОСвд - отношение пиковой объемной скорости к пиковой объемной скорости вдоха; МВЛ - максимальная вентиляция легких.

Представляет интерес анализ показателя, позволяющего оценить силу дыхательных мышц, обеспечивающих то дыхание, которое присуще детям из районов с различным уровнем и характером промышленного загрязнения. Показатель пиковая объемная скорость к пиковой объемной скорости на вдохе (ПОС/ПОСвд), характеризует силу дыхательных мышц. Выявлено, что у детей, проживающих в зоне химического загрязнения (I группа), значение этого показателя превышает уровень контроля в 2,10 раза, а у детей II - на 24,7% . Это свидетельствует о более сильном развитии дыхательной мускулатуры у детей, проживающих в районах промышленного загрязнения.

Используя данные по процентному отклонению основных показателей системы внешнего дыхания у детей, проживающих в экологически неблагоприятных районах города, от уровня их сверстников из спального района (рис. 3), следует отметить, что уровень функционирования исследуемой системы у них различен. Это проявляется как в состоянии покоя, так и при выполнении форсированного дыхания, что позволило выявить резервные возможности системы и определить те особенности в ее функциональном состоянии, к которым приводит проживание в промышленном (химически загрязненном) районе города и районе, через который проходят крупные автомобильные трассы.

Таким образом, проведенные исследования показали, что среда обитания, в которой рождается и растет ребенок, оказывает определенное влияние на становление его функциональных систем, не изменяя общебиологических закономерностей развития. Установлено, что у детей, проживающих рядом с промышленными предприятиями, выбрасывающими в атмосферу различные химические вещества, оказывающие раздражающее действие на рецепторы дыхательных путей, увеличен минутный объем дыхания за счет его глубины, сокращения времени вдоха, увеличения объемной скорости воздушного потока. Это обеспечивается более развитой дыхательной мускулатурой по сравнению со сверстниками из спального района. У детей, проживающих в районе с высоким автомобильным движением и пылевой загрязненностью, отмечается ритм дыхания, близкий к показателям детей из экологически чистого района. Однако, у этой группы обнаружено снижение резервных возможностей исследуемой системы, что проявляется в более низком уровне резервных объемов вдоха и выдоха, форсированной жизненной емкости, времени вдоха и скорости воздушного потока и увеличении частоты дыхания при дыхательной нагрузке.

INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL FACTORS IN INDUSTRIAL CITY ON

FUNCTIONAL STATE OF EXTERNAL RESPIRATION IN ADOLESCENTS

L.A. Mihajlova, A.V. Matyskin Krasnoyarsk state medical academy 340 children (7-10 years old), living in Siberia in a regions with high level of industrial pollutions (I group), large road junctions (II group) and in a bedroom community (III group) were examined. I group - increase of respiratory minute volume due to depth, increase of volumetric flow rate due to developed muscular system in comparison with coevals from bedroom community. II group - respiratory rhythm, corresponding to indecies of II group.

Литература

1. Баранов А.А. Состояние здоровья детей и подростков в современных условиях: проблемы, пути решения // Рос. педиатр. журн. - 1998. - № 1. - С. 5-8.

2. Димитриев Д.А., Димитриев А.Д., Сорокина И.В. Влияние генетических и средовых факторов на состояние системы внешнего дыхания // Гиг. и сан. - 2006. - № 1. - С. 7981.

3. Евстафьева Е.В., Башкин В.Н., Орлинский Д.Б. Методологические подходы к изучению адаптации человека в условиях загрязненной окружающей среды // Физиология человека. - 1995. - № 1. - С. 35-142.

4. Кузнецова Т.Д., Разживина И.М. Индивидуальные особенности развития дыхательной функции легких у детей от 7 до 8 лет // Физиология человека. - 1994. - Т 20, № 3. - С. 68-73.

5. Михайлова Л.А. Здоровый подросток Сибири. Физиологические и экологические аспекты становления кислородтранспортной функции. - Новосибирск: Наука, 2006. -211 с.

6. Особенности возрастного развития системы дыхания у детей 6-15 лет / Т.Д.Кузнецова, О.А.Гурова, И.П. Самбурова и др. // Физиология человека. - 1991. - Т. 17, № 5. - С. 142-150.

7. Савченков М.Ф., Савилов Е.Д. Проблемы медицины окружающей среды в Сибири // Гиг. и сан. - 2006. - № 1. - С. 19-20.

8. Стамова Л.Г., Чеснокова Е.А. Загрязнение атмосферного воздуха и его влияние на заболеваемость органов дыхания у детей // Гиг. и сан. - 2005. - №9. - С. 28-30.

9. Ширяева И.С., Савельев Б.П., Куприянова О.О. Параметры функционального состояния кардиореспираторной системы ребенка // Рос. педиатр. журн. - 2000. - № 1. - С. 41-43.

10. Ямпольская Ю.А. Физическое развитие и адаптационные возможности современных школьников // Рос. педиатр. журн. - 1998. - №1. - С. 9-11.