Состояние биомеханических характеристик дыхания в процессе адаптации к умеренной физической нагрузке у детей 8-и летнего возраста

СОСТОЯНИЕ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЫХАНИЯ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ К УМЕРЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У ДЕТЕЙ 8-И ЛЕТНЕГО ВОЗРАСТА

Е.В. Соколов1

ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Москва

С целью изучения резервных возможностей и адаптационных способностей дыхательной системы обследованы школьники основной группы здоровья 8-ми лет. При исследовании функции внешнего дыхания использованы методы: спирография, фазовый анализ дыхательного цикла, анализ кривой поток-объем (КПО) при помощи спироанализатора "РиД-124Д". Использованный методический подход позволил установить, что состояние вегетативной регуляции является существенным фактором влияющим на состояние респираторной системы детей 8-летнего вораста.

Ключевые слова: детский возраст, дыхание, биомеханика

State of respiratory biomechanical characteristics while adapting to moderate level of exercise in 8-year-old children. To study the reserve capabilities and adaptive capacity of the respiratory system 8-year-old pupils of basic health group were studied. The following methods were used: spirography, phase analysis of the respiratory cycle, the analysis of flow-volume curve (PAC) using "Reed-124D". These methods allowed us to conclude that the condition of the autonomic regulation is an essential factor in the regulation of the respiratory system in the 8-year-olds.

Keywords: children, respiratory system, biomechanics.

Проблемы сохранения и укрепления здоровья детского населения обостряются с каждым годом, о чем свидетельствуют статистические и клинико-эпидемиологические данные, отражающие прогрессирующее ухудшение соматического и психического здоровья детей дошкольного и школьного возраста в России [2; 3]

У подавляющей части детей школьного возраста дыхание в условиях относительного покоя испытывает на себе недостаток двигательной активности. При предъявлении даже относительно небольших физических нагрузок (подвижные игры, длительная ходьба и т.п.) такие дети испытывают одышку и сердцебиение, что напрямую связано с системой дыхания. То есть отмечена достаточно тесная зависимость между показателями физического развития детей и внешним дыханием [6; 8; 9].

По сдвигам функциональных показателей в ответ на стандартную тестирующую нагрузку можно судить о развитии аэробной системы энергообеспечения. Чем меньше сдвиги функциональных показателей после применения стандартной

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

нагрузки, тем экономичней она выполнена, тем более высоко развито аэробное обеспечение.

Для оценки объемных, скоростных и временных параметров был использован 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 %); ОФВ] - объем форсированного выдоха за 1 с (л); МВЛ - максимальная вентиляция легких (л*мин), ПОС - пиковая объемная скорость выдоха (л/с); 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). Для всех обследованных детей был рассчитан весоростовой индекс (коэффициент Кетле).

При рассмотрении показателей биомеханических параметров дыхания выявлено, что ЖЕЛ у школьников 8 лет равна 1,59 ± 0,08л, ФЖЕЛ - 1,6 ± 0,08л, ОФВ! равен 1,38 ±0,06 л/с, индекс Тиффно равен 88,77 %. Показатель ФЖЕЛ-ЖЕЛ, был положительным. Это свидетельствует об отсутствии обструктивных изменений дыхательных путей. Жизненный показатель (или жизненный индекс) составляет у обследованных детей 57,14±2,86 мл/кг.

В таблице 1 представлены данные по показателям биомеханической функции легких в группах детей с высоким и низким весоростовым индексом. Хорошо заметно, что именно в зависимости от степени физического развития (в данном случае, величины весоростового индекса Кетле) распределяются значения объемных скоростей дыхания.

Таблица 1

Биомеханические характеристики легких и проходимость дыхательных путей у детей 8 лет с высоким и низким весоростовым индексом

Группа ЖЕЛ, л ОФВ1 л/с МВЛ, л*мин ЖП, л/кг ПОС л/с МОС2 5 л/с МОС5 0 л/с МОС7 5 л/с

Высокий индекс Кетле 1,72 ±0,11 1,51 ±0,09 35,18 ±2,2 54,5 ±3,67 2,92 ±0,20 2,70 ±0,20 2,38 ±0,18 1,37 ±0,11

Низкий индекс Кетле 1,43 ±0,12 1,22 ±0,08 25,97 ±2,8 60,6 ±4,52 2,66 ±0,22 2,43 ±0,23 2,18 ±0,17 1,29 ±0,09

Так, у детей с высоким весоростовым индексом (индекс Кетле больше 200) [5] величина ФЖЕЛ больше на 25 %, ПОС. - на 9,7 %, У50 - на 9,1 %, а - на 6,2 %, чем соответствующие показатели у детей с низким весоростовым индексом. Подобным образом соотносятся и относительные (в % к должным) величины объем-

ных скоростей дыхания. Но при этом у детей с высоким весоростовым индексом относительные величины объемных скоростей дыхания во всех случаях, кроме ниже своих должных значений на 0,5-26,3 %, а у детей с низким весоростовым индексом - ниже на 2,7-27,7 %. Значения показателя V75 (показатель проходимости мелких бронхов) больше своей должной величины у детей с высоким весоростовым индексом на 11,9 %, а у детей с низким весоростовым индексом -на 12,6 %.

Таким образом, дети физически более развитые, с высоким весоростовым индексом имеют нормальные, соответствующие возрасту значения легочных объемов и емкостей, а также показателей проходимости бронхов крупного и среднего калибра. Дети с низким весоростовым индексом несколько отстают от своих физически развитых сверстников по показателям проходимости дыхательных путей на всех уровнях.

В таблице 2 приведены среднестатистические показатели внешнего дыхания обследованных детей 8 лет, отдельно у мальчиков и девочек.

Таблица 2

Функциональные показатели внешнего дыхания у детей 8 лет

Группа ЖЕЛ л ОФВ1 л/с МВЛ, л*мин ЖП л/кг ПОС л/с МОС25 л/с МОС50 л/с МОС75 л/с

Мальчики 1,68 ±0,07 1,47 ±0,08 31,48 ±2,14 58,20 ±2,30 2,93 ±0,24 2,68 ±0,24 2,39 ±0,21 1,41 ±0,12

Девочки 1,59 ±0,11 1,30 ±0,10 30,93 ±3,18 59,47 ±4,30 2,69 ±0,17 2,49 ±0,20 2,21 ±0,14 1,26 ±0,08

Заметны некоторые половые различия в величине ЖЕЛ, ОФВ1, МВЛ, ЖП, что косвенно отражает большую слабость дыхательной мускулатуры и уменьшение проходимости дыхательных путей у девочек. Значения проходимости крупных бронхов, бронхов среднего и мелкого калибра у обследованных мальчиков также превышают величину показателей у девочек (7,6 % - 11.9 %), но эти изменения не достоверны. Можно предположить, что на величину показателей проходимости у мальчиков влияет лучшая степень развития дыхательной мускулатуры и их способность сделать резкий выдох, по сравнению с девочками.

У подавляющей части детей школьного возраста дыхание в условиях относительного покоя испытывает на себе недостаток двигательной активности. При предъявлении даже относительно небольших физических нагрузок (подвижные игры, длительная ходьба и т.п.) такие дети испытывают одышку и сердцебиение, что напрямую связано с системой дыхания. То есть отмечена достаточно тесная зависимость между показателями физического развития детей и внешним дыханием. По сдвигам функциональных показателей в ответ на стандартную тестирующую нагрузку можно судить о развитии аэробной системы энергообеспечения. Чем меньше сдвиги функциональных показателей после применения стандартной

нагрузки, тем экономичней она выполнена, тем более развито аэробное обеспечение.

Анализ полученных данных позволил установить, что у детей 8 лет все показатели дыхательной системы крайне вариабельны после выполнения нагрузочного теста (коэффициент вариации отдельных показателей достигает величины 52 %).

Таблица 3

Некоторые показатели проходимости дыхательных путей у детей 8 лет до и после физической нагрузки

этап. эксп. ОФВ1 Тиффно ПОС МОС25 МОС50 МОС75 СОС ОПОС

покой 1,38 88,77 2,81 2,58 2,30 1,34 2,3 0,47

±0,06 ±1,65 ±0,15 ±0,15 ±0,12 ±0,07 ±0,10 ±0,03

нагрузка 1,4 86,5 2,9 2,6 2,3 1,3 2,0 0,5

±0,08 ±2,57 ±0,16 ±0,17 ±0,16 ±0,10 ±0,14 ±0,04

Из таблицы 3 видно, что и ОФВ1 и показатель пробы Тиффно (характеризующего в первую очередь состояние бронхиальной проходимости), у обследованных детей практически не изменился. Объемные скорости выдоха на уровне крупных, средних и малых бронхов (МОС25-75), ПОС, ОПОС так же остались практически без изменений. Средняя объемная скорость (СОС) уменьшилась после нагрузки на 13,04 %.

Если тестирование МВЛ в первые 60 секунд восстановительного периода выявляет, что ее величина не изменилась, или повысилась, или снизилась, но не достигает нулевой величины, то выполняемая нагрузка является относительно адекватной. Максимальная вентиляция легких у детей 8 лет после нагрузки увеличилась на 2,5 % относительно уровня покоя. То есть реакция на данную нагрузку у них благоприятная, адаптация к ней происходит без дополнительного напряжения со стороны системы внешнего дыхания, без признаков утомления дыхательной мускулатуры.

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 говорить о двигательной активности детей и об уровне их физического развития.

В процессе улучшения физической подготовленности повышается эффективность работы сердечно-сосудистой системы и системы вентиляции, увеличивается мощность аэробных и анаэробных процессов энергообразования, происходят становление произвольной двигательной функции, оптимизация метаболизма и увеличение силы мышц. В основе возникновения как одномоментных, так и долговременных физиологических сдвигов лежит формирование нового уровня функционирования вегетативной нервной системы [1; 7]. Именно поэтому состояние вегетативной регуляции является определяющим фактором в процессе развития адаптации организма к физической нагрузке и обязательным показателем для врачебного контроля у детей в случае использования альтернативной методики

физического воспитания. Снижение резервных и адаптивных возможностей организма детей 8-12 лет вследствие ослабления роли симпатических влияний на функционирование различных систем организма наблюдали Удовыдченко и Бутова [9].

В результате предварительно проведенного тестирования методом кардиоин-тервалографии были отобраны дети с преобладанием влияния симпатического отдела автономной нервной системы («симпатотоники»), со сбалансированной автономной регуляцией («нормотоники») и с преобладанием парасимпатического отдела автономной нервной системоы («ваготоники») [4]. По мере роста и взросления детей происходит увеличение влияния парасимпатического звена вегетативной нервной системы (ВНС), что находит отражение в уменьшении средних величин уже у 8 летних детей (табл. 4). В возрасте 8 лет у «ваготоников» отмечаются более низкие величины резервных и биомеханических параметров дыхательной системы, а так же некоторое уменьшение величин дыхательного объема по сравнению с «нормотониками» и «симпатотониками». Физиологический смысл данного явления заключается в том, что в условиях преобладания парасимпатического отдела ВНС у детей отмечается относительно низкий уровень функционирования и, следовательно, большие функциональные резервы органов и систем, обеспечивающих адаптацию к нагрузкам. Подобные изменения со стороны респираторной системы мы и наблюдали у обследованных 8-летних детей.

Таблица 4

Основные параметры функционального состояния системы дыхания детей 8 лет

Тип регуляции* ЖЕЛ, л ФЖЕЛ л/с ОФВ1 л/с МВЛ, л*мин ЖП, л/кг ПОС МОС25 л/с МОС50 л/с МОС75 л/с

С 2,15 ±0,1 2,08 ±0,1 1,83 ±0,1 43,62 ±4,80 58,71 ±5,57 3,73 ±0,2 3,39 ±0,3 3,08 ±0,2 1,69 ±0,2

Н 1,6 ±0,1 1,60 ±0,1 1,51 ±0,1 37,71 ±5,02 58,23 ±3,76 3,20 ±0,2 3,02 ±0,3 2,76 ±0,3 1,52 ±0,2

В 1,67 ±0,7 1,65 ±0,3 1,53 ±0,2 37,42 ±7,79 65,08 ±5,65 2,98 ±0,1 2,85 ±0,2 2,29 ±0,2 1,40 ±0,2

Примечания: * Тип регуляции- С - симпатотоники; Н - нормотоники; В - ва-готоники

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 соматометриче-ских) и функциональных признаков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка возможностей организма и риск развития заболеваний. - М.: Медицина, 1997.

2. Баранов А.А., Щеплягина Л.А, Физиология роста и развития детей и подростков (теоретические и клинические вопросы) / Под ред. А.А. Баранова, Л.А.Щеплягиной. - М., 2000. - 584 с.

3. Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка). - М., Академа, 2007. - 416 с.

4. Догадкина С.Б. Особенности вегетативной регуляции сердечного ритма у детей 8 лет // Новые исследования. - 2011. - № 2. - 0.5 п.л.

5. Доскин В.А. Морфофункциональные константы детского организма: Справочник / В.А. Доскин, Х. Келлер, Н.М. Мурасенко, Р.В. Тонкова-Ямпольская. -М.: Медицина, 1997. - С. 65-79.

6. Зайцева В.В. Конституция, телосложение, характер // Взгляд физиолога. -2005. - №17-18.

7. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. - М.: Наука, 1975 - 263 с.

8. Соколов Е.В. Возрастное развитие системы дыхания и особенности ее резервных возможностей // Физиология развития ребенка: Руководство по возрастной физиологии / Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М.:Изд. Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2010. - 767 с. - Гл 10. - С. 527-558.

9. Удовыдченко Е.А., Бутова О.А. Адаптивные возможности организма детей второго периода детства // Материалы XIV Международного симпозиума «Эколо-го-физиологические проблемы адаптации». - М.: РУДН, 2009. - С. 413-415.