Состояние биомеханических параметров респираторной системы у детей 9 лет

СОСТОЯНИЕ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕСПИРАТОРНОЙ

СИСТЕМЫ У ДЕТЕЙ 9 ЛЕТ

Е.В. Соколов1, И.П. Самбурова Учреждение Российской Академии Образования «Институт возрастной физиологии»

Провели исследование функциональных показателей внешнего дыхания у 24 детей из школы в Москве. Был использован диагностический комплекс для изучения функции дыхания. Исследованы: жизненная емкость легких и биомеханические параметры дыхательной системы. В эксперименте участвовали дети 9 лет.

Ключевые слова: дети, дыхательная система, биомеханика

Condition of biomechanical parameters of respiratory system in 9-year-old children. The study of functional parameters of external breathing in 24 pupils from Moscow schools was held. The diagnostic complex for the study of breathing functions was used. There were studied: vital capacity of lungs and biomechanical parameters of respiratory system. The subjects were 9-year-old children.

Key words: children, respiratory system, biomechanics

Большое беспокойство вызывает тот факт, что с каждым годом возрастает число детей, часто болеющих острыми респираторно-вирусными заболеваниями (ОРВЗ). Эти дети заслуживают особого внимания, так как частые респираторные инфекции могут обусловить срыв основных адаптационных механизмов, привести к значительным нарушениям функционального состояния организма и способствовать раннему развитию хронической патологии) [2].

У ряда детей и подростков при отсутствии какого-либо заболевания могут выявляться функциональные отклонения. Причины формирования данных отклонений разные: быстрый темп роста и развития в определенные возрастные периоды, что приводит к несоответствию структуры и функции органов и систем, воздействие несоответствующих возможностям детей и подростков больших учебных, спортивных нагрузок, неблагоприятные семейно-бытовые условия и др. [4].

Наблюдающиеся в последние годы тенденции к росту отставаний и отклонений в функциональном развитии организма школьников являются стимулом к поиску причин их возникновения и возможных средств профилактики [1, 3].

Одним из направлений исследований функционального состояния системы дыхания на разных этапах онтогенеза детей школьного возраста является изучение взаимозависимости развития легких и физического развития.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Функциональные показатели дыхательной системы исследовали у школьников младших классов общеобразовательной школы г. Москвы. Для определения возрастно-половых показателей все школьники были распределены на следующие группы: дети в возрасте 8 лет и 9 лет. Обследованные дети не имели острых и

Контакты:1 Соколов Е.В., E-mail: evgesok@mail.ru

хронических заболеваний органов дыхания и были отнесены к I и II группам здоровья.

Для оценки объемных, скоростных и временных параметров использовался аппаратно-программный диагностический комплекс (РиД-124) для исследования функции внешнего дыхания. Проводились исследования: ЖЕЛ - жизненная емкость легких (л); ФЖЕЛ - объем форсированного выдоха жизненной емкости легких (л); ФЖЕЛ-ЖЕЛ - показатель, характеризующий проходимость дыхательных путей (л); ИТ - индекс Тиффно (ОФВ^ЖЕЛ, в %); МВЛ - максимальная вентиляция легких (л*мин); ОФВ1 - объем форсированного выдоха за 1 с (л); ПОС - пиковая объемная скорость выдоха (лс); МОС25 - максимальная объемная скорость потока на уровне выдоха 25% ФЖЕЛ (л/с); МОС50 - максимальная объемная скорость потока на уровне выдоха 50% ФЖЕЛ (л/с); МОС75 - максимальная объемная скорость потока на уровне выдоха 75 % ФЖЕЛ (л/с).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В условиях относительного покоя архитектоника дыхательного цикла (временные, амплитудные характеристики и расчетные коэффициенты) у большинства обследованных школьников характеризуется высокой вариативностью, что связано с наблюдаемыми индивидуальными особенностями дыхания испытуемых.

В результате проведенного исследования выявлено увеличение ЖЕЛ прямо пропорционально возрасту детей: к 9 годам увеличение составило 13,8% (р<0,05). Максимальные и резервные возможности системы дыхания у 9-и летних детей достоверно выше (р<0,05), чем у 8-и летних (МВЛ на 26,4% и РД на 26,2% соответственно). С 8 до 9 лет объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1 ) увеличивается на 0,23 л (р<0,05), что указывает на увеличение силы дыхательных мышц и повышение проходимости дыхательных путей к 9 годам. Не смотря на значительный (16,7%) прирост показателя, фактические показатели ОФВ1 оказались сниженными до 85,0%. относительно должных значений /по Р.Ф.Клементу (1994)/. Согласно градации, разработанной данным автором, такие значения ОФВ1 можно расценивать как условную норму и очень легкие отклонения. Форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) к 9 годам увеличивается на 9,4% относительно значений у 8-летних детей, но составляет 84,7% от должной величины.

Фактические значения индекса Тиффно, характеризующего состояние бронхиальной проходимости, у обследованных школьников 8 - 9 лет практически не изменились (3,3%) и колебались в пределах 91,75% от должных. Что должно свидетельствовать об отсутствии нарушений проходимости дыхательных путей.

Показатель ФЖЕЛ-ЖЕЛ у 8-ти летних детей был положительным во всех группах (средняя для возраста 0,4±0,05л). Это характеризует, в целом, отсутствие обструктивных изменений дыхательных путей у обследованных мальчиков и девочек данного возраста. У детей 9-ти лет этот показатель имеет отрицательное значение у 79,2 % детей и положительное значение у 20,8 %. Что может свидетельствовать об умеренно выраженных обструктивных изменениях дыхательных путей.

Величина жизненной емкости легких в группе часто болеющих ОРВЗ 9-летних школьников у 77% относится к среднему уровню функционального разви-

тия, 23 % - к ниже среднему. То есть функция внешнего дыхания этих детей соответствует необходимым требованиям для нормальной вентиляции, однако это достигается компенсаторным, но не экономичным, напряжением работы аппарата вентиляции.

Уменьшение просвета бронхиального дерева, проявляющееся ограничением воздушного потока - наиболее важное функциональное проявление легочных заболеваний. Основным критерием, позволяющим говорить, что имеется ограничение воздушного потока (бронхиальная обструкция), является снижение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1) до уровня, составляющего менее 70% от должных величин. В нашем обследовании только 23% 9-летних ЧБ ОРВЗ школьников имели легкие нарушения бронхиальной проходимости, у 77% бронхиальная проходимость относилась к градации нормы. Показатель индекса Тифф-но (ОФВ1/ЖЕЛ в %) в 33% можно отнести к средним значениям уровня функционирования бронхиальной проходимости, 22% - к нижесредним, и 45% - к вышесредним.

О проходимости центральных дыхательных путей можно судить по значениям ПОС, МОС25. К 9-летнему возрасту в среднем отмечается прирост ПОС (на 17,4%). МОС25 возрастает к 9 годам на 19,4%. Эти данные характеризуют продолжение роста объемов легких и их вентиляции к 9 годам (ОД увеличивается на 32.2%, МОД - на 27,5%). Фактические значения этого показателя в 9 лет на 17,4% ниже должных величин, что можно расценивать как условную норму и очень легкое снижение показателей. МОС5о и МОС75, определяющие проходимость периферических дыхательных путей, изменяются, подчиняясь тем же закономерностям. Средние значения по группе увеличиваются к 9 годам (на 19,1% М0С50 и 14,9% МОС75).

При заболеваниях легких респираторные мышцы, для преодоления не эластического сопротивления, работают с повышенной нагрузкой. Это является причиной утомления и слабости дыхательной мускулатуры, в том числе и диафрагмы. Дети с часто повторяющимися заболеваниями органов дыхания, в отличие от не болеющих учащихся, отличаются гипервентиляционным синдромом: дыхание у них частое и поверхностное, выдох ослаблен.

В сравнении с показателями функции внешнего дыхания здоровых 9-летних школьников у 55% часто болеющих школьников МОС25 , М0С50, МОС75 относится к среднему уровню развития. У 22-33% обследуемых величины МОС25, МОС5о и МОС75 ниже средних, и около 25% детей имеют высокие значения этих показателей. Это можно расценивать как очень легкое снижение показателей (Р.Ф.Клемент, 1994). Но в основном характеристики проходимости периферических дыхательных путей у ЧБ ОРВЗ детей, сходны с параметрами не болеющих.

В условиях покоя и дыхания атмосферным воздухом функциональные показатели обследованных детей соответствуют возрастным нормативам.

Относительная максимальная вентиляция легких (МВЛ на кг) у девочек не ниже чем у мальчиков. Однако резерв дыхания у них меньше (31,93 л/мин у девочек и 40,3 л/мин у мальчиков соответственно), ниже и резервные возможности вентиляции (%РД от МВЛ: 78,7% и 83,1% соответственно).

На фоне практически одинаковой длины и массы тела, одинакового артериального давления (САД и ДАД) у детей выявлено, что ЖЕЛ 9-летних девочек составила 1,84 ± 0,08 л, 9-летних мальчиков - 1,97 ± 0,07 л., что свидетельствует об

относительно равной степени растяжения легких. ФЖЕЛ у девочек 9 лет составляет 1,7 ± 0,11 л, у мальчиков этого возраста значение показателя равно 1,8 ± 0,12 л. Фактические значения ФЖЕЛ и у девочек, и у мальчиков практически не превышают 84,8% от должных величин этого возраста, что свидетельствует о недостаточном функциональном развитии дыхательной системы обследованных детей.

В 9 лет у обследованных девочек показатель ОФВ1 колеблется от 0,92 до 2,63 л (1 ,63 ± 0,07 л). У мальчиков колебания показателя меньше - от 0,92 до 2,36 л, а средняя величина выше, чем у девочек (1,77 ± 0,07 л). Это, косвенно, указывает на то, что у девочек данного возраста сила дыхательных мышц не ниже, а бронхиальное сопротивление выше, чем у мальчиков. Согласно градации, разработанной данным автором [Р.Ф. Клемент, 1994], не все значения ОФВ1 можно характеризовать как норму или даже условную норму. Фактические величины индекса Тифф-но у обследованных детей колебались в пределах 42,2 - 100% у девочек и 78,4100%, что должно свидетельствовать о «лучшей» проходимости дыхательных путей у мальчиков, что подтверждают и средние значения этого показателя (88,9±2,5% и 92,0±1,2% у девочек и мальчиков соответственно).

Динамика всех без исключения показателей проходимости дыхательных путей в обеих группах одинакова, но в группе мальчиков все показатели «тенденциозно» выше, что определяет «худшую» проходимость дыхательных путей у девочек. Разница в проходимости бронхов у детей 9 лет на уровне 75% ЖЕЛ (МОС75) по средним значениям достигает 7,6%. Показатель пиковой объемной скорости (ПОС), характеризующий как проходимость всего бронхиального дерева, так и силу дыхательных мышц у мальчиков всего на 4,4% раза выше, чем у девочек. МОС25 у мальчиков выше на 4,9%. Время достижения ПОС увеличено у девочек в 1,5 раза, а объем выдохнутого в этот период воздуха больше по сравнению с мальчиками этого возраста всего в 1,04 раза. Поэтому говорить о половых различиях развития системы дыхания у детей 9 лет с большой долей вероятности пока нельзя.

Полученные значения индивидуально варьируют в широких пределах. Например, величина ОФВ1 изменяется в отдельных случаях от 0,92 л до 2,63 л. Подобная динамика характерна и для других легочных объемов и емкостей (коэффициент вариации в отдельных случаях достигает 38,9-47,5%).

С учетом того, что некоторые рассмотренные показатели зависят от степени развития такого фактора биомеханики, как растяжимость легких и грудной клетки, а также определяются развитием дыхательной мускулатуры, то можно говорить о двигательной активности детей и об уровне их физического развития. Литературные данные свидетельствуют о том, что за последние годы исследования по оценке физического развития становятся предметом повышенного внимания педиатров, гигиенистов и представителей других медицинских специальностей, как важнейший инструмент первичного контроля за состоянием здоровья детей. При оценке уровня физического развития решающее значение имеет гармоничное сочетание основных антропометрических (точнее соматометрических) и функциональных признаков.

Анализ данных позволил установить, что количество детей со средним уровнем функционального развития отдельных параметров дыхания колеблется: от 26,9 - 60,8 % по значениям ОД, до 52,2%-84,0% по МВЛ/кг; 53,8-54,5% ФЖЕЛ,

43,5-69,2% МОС25-75 и ОПОС. Это достаточно правомерно, так как относительная величина минутного объема дыхания определяет адекватность функционирования системы на всех возрастных этапах, проходимость дыхательных путей обусловлена особенностью возрастного развития легких. Показатели МВЛ во многом зависят от развития таких факторов биомеханики дыхания как растяжимость легочной ткани и грудной клетки, а также развития дыхательных мышц, что во многом определяется двигательной активностью детей. Детей с низким уровнем физического развития было выявлено 4,2% у девочек и мальчиков, тогда как низкий уровень развития некоторой части функциональных показателей был отмечен у 2,7-11,5% детей.

При сравнении результатов соматометрических измерений детей 8 и 9 лет отмечено, что длина, масса и площадь поверхности тела учащихся к 9-ти годам достоверно увеличилась (р<0,05). Уровни физического развития в нашем исследовании мы оценивали пользуясь общими сигмальными отклонениями. Данные распределения детей младшего школьного возраста по уровням развития соматомет-рических показателей соответствуют норме.

Данные, полученные при обследовании ЧБ ОРВЗ 9-летних школьников, свидетельствуют, что их физическое развитие оценивается в основном как гармоничное. Только у 22-33% ЧБ ОРВЗ детей отмечаются снижение значений по массе и длине тела, и у 33% - по площади поверхности тела.

Широкий разброс индивидуальных темпов развития приводит к тому, что календарный (паспортный) возраст и уровень морфофункционального развития (биологический возраст) могут довольно существенно расходиться. Знание типа конституции ребенка позволяет облегчить задачу диагностики состояния в случае его заметного отклонения от среднестатистических показателей для данного возраста. У многих 9-летних школьников, часто болеющих ОРВЗ, величины показателей функции внешнего дыхания, характеризующие биомеханику, резервные возможности легких, входят в градацию ниже средних и низких значений. Подобная особенность отражается на функционировании респираторной системы. Это свидетельствует об умеренно выраженных нарушениях проходимости воздухоносных путей, повышении бронхиального сопротивления, возможно частые острые респираторные заболевания влияют на силы сокращения дыхательной мускулатуры (больные дети склонны избегать физической нагрузки - или по рекомендации врачей после перенесенного заболевания, или в силу невозможности полноценного выполнения физических упражнений) - большинство из обследованных имеют астенический тип телосложения.

Анализ типов телосложений обследованных школьников показал, что большая часть здоровых обследованных детей 9 лет по индексу Рорера были отнесены к экто- и мезоморфному типам - по 41,7%; 16,7% - к эндоморфному. Обследованные нами ЧБ ОРВЗ дети 9 лет в большинстве являлись астениками (по индексу Пинье) - 89%. В соответствии с индексом Рорера, данная группа обследуемых по типу телосложения разделилась таким образом: 56% -к мезоморфному типу, 44% - к эктоморфному.

При анализе показателей дыхания относительно индекса Рорера у эктоморфов ЖЕЛ ниже, чем у детей с эндоморфным и мезоморфным типом телосложения, самый низкий жизненный показатель - ЖЕЛ/кг отмечен у детей с эндоморфным соматотипом. Самые высокие значения показателей проходимости дыхательных

путей (ОФВ1, Тиффно, ПОС-МОС25, МОС50-75) также отмечены у детей с эн-доморфным типом телосложения, самые низкие - у детей с мышечным типом. Объемные показатели вентиляции (ОД, МОД) имеют такую же динамику. Анализ показателей максимальной вентиляции легких (МВЛ), резерва дыхания (РД) показывает, что возможности системы дыхания у детей экто- и мезо- соматотипов примерно равны, у детей эндоморфного типа телосложения «резерв дыхания» оказался наибольшим.

Выявленная динамика показателей внешнего дыхания хорошо согласуется с показателями роста 9-ти летних детей: самые высокие - эндоморфы, самые низкие - мезоморфы. Этот факт подтверждает взаимосвязь показателей внешнего дыхания с длиной тела детей и подростков.

Следовательно достоверно выраженных различий показателей биомеханических параметров дыхания между обследованными типами телосложения не показано. Однако некоторая взаимосвязь между индивидуально-типологическими особенностями и большей частотой встречаемости уровней развития признака у обследованных детей 9-ти лет отмечена.

Таким образом, для обследованных детей 9 лет характерна значительная индивидуальная вариабельность легочных объемов и емкостей и некоторое не достоверное превалирование их значений у мальчиков.

Большинство показателей имеют значения в пределах нормы или условной нормы, все показатели вариабельны и после выполнения нагрузочного теста.

ОФВ1, как и показатель пробы Тиффно (характеризующего в первую очередь состояние бронхиальной проходимости), у обследованных детей после нагрузки практически не изменились. Объемные скорости выдоха на уровне крупных, средних бронхов (МОС25-50) и ПОС, так же остались практически без изменений. Объемная скорость на уровне 75%ЖЕЛ увеличилась относительно покоя на 7,8%. Средняя объемная скорость (СОС) увеличилась после нагрузки на 2,9%, Все указанные изменения сопровождались значительной вариативностью индивидуальных значений показателей (Коэффициент вариации возрастает до 53,9-59,9%).

Высоко значимым критерием адаптации к нагрузкам, влияющим на функциональную дееспособность дыхательных мышц, растяжимость системы «легкие -грудная клетка», проходимость дыхательных путей, являются показатели жизненной емкости легких (ЖЕЛ), максимальной вентиляции легких (МВЛ) и резервных возможностей системы дыхания (РД).

Анализ биомеханических свойств легких у обследуемых детей 9 лет, показал, что приспособленность вентиляционной системы к воздействию данной нагрузки достаточно стабильна. Небольшое снижение ЖЕЛ и повышение ФЖЕЛ свидетельствует об активации мышц, участвующих в активном выдохе и лучшей альвеолярной вентиляции при выполнении данной нагрузки.

Выполнение физической нагрузки детьми 9 лет, часто болеющими ОРВЗ, изменило уровень функционирования внешнего дыхания - динамика количественных характеристик респираторной системы была разнонаправлена - были выявлены незначительные повышения или снижения, но достоверных различий ни по одному из показателей получено не было.

Наблюдаемое снижение ЖЕЛ у некоторых 9-летних учащихся ЧБ ОРВЗ свидетельствует об утомлении дыхательных мышц при выполнении этих нагрузок, а

также свидетельствует о том, что данных детей можно отнести в группу со средней и ниже средней физической подготовленностью.

У 44% обследованных ЧБ ОРВЗ 9-летних школьников постнагрузочная ЖЕЛ-выд была ниже величины покоя, у 44% - повысилась, и у 12% существенно не изменилась. Что же касается ЖЕЛвд, то у 44% ее значения имели динамику к повышению, у 33% - к снижению, а у 23% - изменений не было. Эти данные свидетельствуют о том, что не у всех детей 9-ти летнего возраста наблюдается соответствие предложенной нагрузки адаптивным возможностям, у большинства школьников этого возраста нет стабильной адаптации к нагрузке.

После физической нагрузки среди детей 9 лет по показателям бронхиальной проходимости уменьшилось количество нормы, возросло число детей с условной нормой и легкими нарушениями. Увеличилось число детей с легкими и средними нарушениями биомеханических параметров дыхательной системы. Среди параметров вентиляции увеличилось количество условной нормы и легких нарушений. И в целом по дыхательной системе детей 9 лет отмечается отрицательная динамика в ответ на предложенную физическую нагрузку.

То есть реакция на данную нагрузку у них менее благоприятная, чем у детей 8 лет, адаптация к ней происходит с некоторым напряжением со стороны системы внешнего дыхания.

Измерение скоростных показателей второй половины ФЖЕЛ особенно важно при диагностике очень легких и легких нарушений проходимости дыхательных путей (НПДП), когда ОФВ1 еще может оставаться в пределах нормальных значений. Подобные нарушения (отклонения) при физических нагрузках возможны лишь на очень ранних, практически не диагностируемых этапах функционального изменения респираторной системы. В наших исследованиях отмечены варианты изменения: МОС25 повышалась в 40% случаев, после выполнения 9-летними ЧБ ОРВЗ школьниками физической нагрузки, в 50% имелось снижение скоростных показателей, и у 10% - величина показателя не изменилась. Величины МОС50 после нагрузки соответственно распределились таким образом: повышение имело место в 30%, снижение - в 50%, без изменений - в 20%; МОС75 - после физической нагрузки не изменилась в 80%, и по 10% - повысилась или снизилась.

Несмотря на то, что ПОС после выполнения ЧБ ОРВЗ школьниками физической нагрузки у 60% детей имеет тенденцию к снижению, а у 40% - повышается, значения Тпос повышаются или не изменяются у 70%, а у 30% было отмечено незначительное снижение. Таким образом, оптимальным вариантом адаптации дыхательных путей в процессе выполнения физической нагрузки является ее переносимость путем предупреждения обструкции дыхательных путей.

Выполнение нагрузки приводит к появлению вентиляционно-биомехани-ческих нарушений у многих обследуемых детей. У 22% обследованных ЧБ ОРВЗ детей 9 лет, отмечен гипервентиляционный синдром, у 33% уровень функционирования системы венитиляции легких ниже среднего, и у 45% МОД относится к среднему уровню функционирования респираторной системы.

Эти данные свидетельствуют о «не соответствии» предложенной нагрузки адаптивным возможностям детей этого возраста.

А с учетом того, что некоторые рассмотренные показатели зависят от степени развития такого фактора биомеханики, как растяжимость легких и грудной клетки, а также определяются развитием дыхательной мускулатуры, то можно гово-

рить о двигательной активности детей и об уровне их физического развития. Снижение ЖЕЛ у некоторых учащихся 9-лет, здоровых и ЧБ ОРВЗ, свидетельствует об утомлении дыхательных мышц при выполнении физических нагрузок, а также свидетельствует о том, что данных детей можно отнести в группу со средней и ниже средней физической подготовленностью.

ВЫВОДЫ

1. Использованный методический подход позволил выявить детей с низкими уровнями физического и функционального развития вентиляционной системы. Дети 9 лет с низким уровнем физического развития характеризуются сниженным уровнем развития вентиляционной функции легких и биомеханических параметров дыхания по сравнению с детьми среднего и высокого физического развития.

2. У обследованных детей 9 лет абсолютные и должные значения средних показателей проходимости средних и крупных бронхов фактически не имеют достоверных половых различий. Формирование функциональных нарушений проходимости дыхательных путей происходит на уровне бронхов среднего и, особенно, мелкого калибра. В группе обследованных нами детей это ярче проявилось у мальчиков, нежели у девочек

3. Реакция на физическую нагрузку у детей 9 лет не адекватна. Наблюдаемая динамика дыхательной системы у большинства учащихся 9-лет, как здоровых, так и ЧБ ОРВЗ, свидетельствует об утомлении дыхательных мышц при выполнении этих нагрузок, а также характеризует среднюю и ниже средней физическую подготовленность обследованных детей.

4. Возможности системы дыхания у здоровых детей 9 лет разных соматоти-пов примерно равны, за исключением детей эндоморфного типа телосложения, у которых отмечены относительно высокие показатели проходимости дыхательных путей и достаточно значимые показатели резерва дыхания. Сниженные показатели дыхательной функции отмечены у ЧБ ОРВЗ детей. Принадлежность ребенка к определенному соматотипу является одним из факторов возникновения вариантов физического и биологического развития, что подтверждает актуальность индивидуально-типологического подхода к оценке роста и развития детей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гликман И. Национальный проект и здоровье школьников // Практический журнал для учителя и администрации школы. - 2008. - №10. - С. 20-26.

2. Кокорева С.П., Куприна Н.П., Семенченко Л.В., Рагозина В.Н. Часто болеющие дети и проблемы их реабилитации / С.П. Кокорева, Н.П. Куприна, Л.В. Семенченко, В.Н. Рагозина // Эпидемиология и инфекционные болезни. - М., 2007. -№7. - С. 37-39.

3. Лещин В.В. Развитие младших школьников с соматическими заболеваниями. - М.: ФинИнвестГрупп, 2009. - 104 с.

4. Савельев Б.П., Ширяева И.С. Функциональные параметры системы дыхания у детей и подростков. - М., Медицина, 2001. - 232 с.