Экологические особенности системогенеза внешнего дыхания у подростков Восточной Сибири

© МИХАЙЛОВА Л.А.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМОГЕНЕЗА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ПОДРОСТКОВ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

Л.А. Михайлова

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 здоровых детей обоего пола 7-11 лет, проживающих в различных экологических условиях: спальном, промышленном и районе, расположенном лесопарковом массиве. Показано, что в период второго детства независимо от экологических условий повышается эффективность и экономичность вентиляции. У детей, проживающих в экологически неблагоприятном промышленном районе, система внешнего дыхания испытывает большие нагрузки и работа ее менее экономична, что проявляется в высоких показателях минутного объема дыхания, который обеспечивается большей частотой дыхания и усиленной нагрузкой на дыхательную мускулатуру.

Ключевые слова: дети, дыхание, экология, промышленное загрязнение.

Здоровье населения все явственнее становится индикатором медикоэкологического благополучия, критерием его оценки, а экологические процессы - ведущими детерминантами здоровья и благополучия людей [1, 2, 8]. Крупные промышленные города превращаются в центры экологических проблем, и как следствие - в них ухудшается здоровье населения. В крупном промышленном городе человек ощущает влияние целого комплекса негативных экологических факторов среды: физических (шумовое,

электромагнитное, вибрация), химических (диоксид серы, оксиды азота и углерода, диоксины, тяжелые металлы), социально-экономических и др. В число 35 крупных городов России с высоким уровнем загрязнения входит Красноярск. На территории Красноярского края сосредоточены крупные предприятия черной и цветной металлургии, угольной, теплоэнергетической, горнорудной, химической и нефтеперерабатывающей промышленности,

создающие значительные антропогенные химические нагрузки на окружающую среду [5]. Среди различных негативных факторов среды наиболее опасными являются загрязнение атмосферного воздуха и водных источников питьевой воды. Особенно четко показана связь между загрязнением атмосферного воздуха и заболеваемостью населения [9, 10].

Состояние здоровья детей — важнейший и чувствительный показатель, отражающий изменения качества окружающей среды. Морфофункциональные особенности растущего организма ребенка обусловливают наибольшую чувствительность детей к воздействию негативных антропогенных факторов окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость исследования становления функциональных систем организма ребенка в процессе его роста и развития и выяснение влияния близости промышленных предприятий на эти процессы, а также отследить характер становления важнейших

функциональных систем, формирующихся на каждом отрезке онтогенеза. Предметом исследования послужила система внешнего дыхания.

Материалы и методы

Проведено обследование 349 детей 7-11 лет, проживающих в крупном промышленном центре Восточной Сибири. В I группу вошло 174 (85 мальчиков и 89 девочек) школьника из спального района; II - 98 детей (47 мальчиков и 51 девочка) - из промышленного района города. Максимальные разовые концентрации в жилых массивах этого района превышали

санитарные нормы в 7 -67 раз по сероводороду, в 3-5 - по формальдегиду, в 2,5 - 13,3 - по фтористому водороду, в 4 - 6 раз - по пыли, по сероуглероду -5,9. III группа детей состояла из 77 (35 мальчиков и 42 девочки), школьников проживающих в районе хранения ядерных отходов, жилой массив которого расположен в лесопарковой зоне. Две первые школы расположены в промышленном городе Восточной Сибири, третья - в его городе-спутнике. Все дети находились на обычном двигательном режиме (уроки физкультуры -

2 раза в неделю), не имели хронических заболеваний и не болели в последние

3 месяца ОРВИ. В обследовании принимали участие к.м.н. Л.Л.Чеснокова, Л.Г.Желонина, А.В.Матыскин.

Состояние системы внешнего дыхания изучено на аппаратно-программном комплексе “Valenta+”. Результаты исследований обработаны с использованием пакета программ Microsoft Excel для Windows - 2000. Обследование проведено в условиях относительного основного обмена. Все параметры приведены к системе BTPS.

Результаты и обсуждение

Экологические условия проживания оказывают на становление основных систем организма определенное влияние. 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 [3, 4, 7,8, 11, 12].

Исследование основных параметров системы внешнего дыхания у детей второго периода детства, проживающих в различных экологических условиях Восточной Сибири, показало следующее. Величина минутного объема дыхания (МОД), являющаяся результирующим динамическим параметром, изменяется с возрастом, зависит от экологических условий проживания и не имеет половых отличий: у детей, проживающих в промышленном районе (II группа) выявлено достоверное увеличение (р<0,05) этого показателя по сравнению с представителями I и III групп: (16,01 ± 0,56)л, (11,91 ± 0,35)л и (13,28 ± 0,58)л соответственно. Возрастная динамика МОД у детей на препубертатном периоде развития относительно стабильна.

Исследование величины дыхательного объема (ДО) показало, что проживание в экологически чистом районе с большим лесным массивом, приводит к тому, что глубина дыхания у этих детей становится достоверно выше (р<0,05), чем у их сверстников, живущих в спальном или экологически неблагоприятном районах промышленного города. Установлено, что в период второго детства имеет место тенденция увеличения ДО на границах

исследуемого возрастного интервала (7 лет и 11 лет) у представителей I и II групп, а у детей, проживающих в лесопарковой зоне, носит достоверный (р<0,05) характер: для мальчиков прирост ДО составил +13,5%, для девочек -+25,92% . Увеличение ДО с возрастом детей происходит в тесной связи с динамикой массы и длины тела. Зависимость между этими показателями прямая высокой степени тесноты (г = +0,72 ^ 0,86).

Частота дыхания (ЧД) является одной из характеристик, отражающей энергетические траты организма при осуществлении процесса дыхания. Установлено, что у детей, проживающих в экологически неблагоприятном районе, ЧД достоверно (р<0,05) выше, чем у их сверстников из «чистых» районов, между последними различий не наблюдается. Выявленная закономерность прослеживается в группах мальчиков и девочек, половых отличий этого показателя внутри групп нет. ЧД у детей в процессе их роста и развития снижается, эта закономерность имеет место во всех обследованных группах. Так, в I группе у мальчиков 7 и 11 лет изменения составили - 13,3%, у девочек - 9,4%; соответственно для II группы - 4,2% и - 5,1%, а для III группы - 12,9% и - 15,5%. Наименьшая динамика снижения с возрастом ЧД отмечена у детей промышленного района (р>0,05), а у представителей экологически благоприятных районов, несмотря на более низкие исходные показатели в группах 7-летних детей, динамика снижения ЧД к концу периода второго детства достоверна (р<0,05 и р<0,05). Проведенный корреляционный анализ позволил выявить связь этого показателя с другими характеристиками системы внешнего дыхания: ЧД и резервного объема выдоха (г = +0,75), ЧД и максимальной вентиляции легких (г = +0,75). Тесной корреляционной зависимости между массой тела, длиной тела и ЧД не обнаружено ни в одной группе детей. По-видимому, неравномерность развития мышечной системы с возрастом в какой-то мере обусловливает и отсутствие пропорциональной обратной связи между динамикой ЧД и массой тела на изучаемом отрезке онтогенеза.

Сопоставление показателей МОД, ЧД и ДО позволяет заключить, что на препубертатном периоде развития происходит повышение экономичности работы системы внешнего дыхания, о чем свидетельствует снижение частоты и увеличение глубины дыхания во всех обследованных группах, однако, наиболее ярко эта закономерность проявляется у детей из экологически чистых районов.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) зависит как от возраста и пола ребенка, его физического развития, так и района проживания. Согласно полученным данным у обследованных детей из экологически чистых районов выявлены половые отличия: у мальчиков ЖЕЛ достоверно выше, чем у девочек в I группе на 15,1%, в III - на 24,5%. У детей из промышленного района половых отличий не выявлено. Величина ЖЕЛ находится в прямой зависимости от возраста: превышение ее в каждой последующей группе ( с интервалом в один год) по сравнению с предыдущей составляли в среднем 9,6 - 20,8 % у мальчиков и 11,1 - 20,5% у девочек. Установлены достоверно высокие (р<0,01) показатели ЖЕЛ во всех группах детей, проживающих в лесопарковой зоне. Так, у детей I группы ЖЕЛ составила 1,78 ± 0,06 л, у II -1,88 ± 0,07 л. В то время как у их сверстников III группы этот показатель был равен 2,44 ± 0,12 л, т.е. достоверно (р<0,05) выше на 37,0% и 29,8% по сравнению с показателями I и II. Корреляционный анализ показал наличие прямой зависимости увеличения ЖЕЛ с возрастом, длиной и массой тела (г = +0,61 и г = +0,72 соответственно).

В результате увеличения с возрастом ЖЕЛ создаются условия для более эффективного приспособления легочной вентиляции к удовлетворению метаболических потребностей растущего организма. У лиц с высокими показателями ЖЕЛ имеется большая возможность значительного увеличения легочной вентиляции за счет резервного объема вдоха. ЖЕЛ относится к тем специфическим показателям, которые определяются уровнем физического развития и интенсивностью обмена веществ. Мы исследовали его относительную величину (на кг массы тела). Полученные данные позволяют

говорить об относительно стабильном уровне этого показателя в младшем и среднем школьном возрастах, которые по своему значению не зависит ни от пола, ни от возраста в исследуемых группах. Однако, у детей III группы значения этого показателя достоверно выше, чем у представителей I и II, составляя в среднем 0,07- 0,08 л/кг и 0,04 - 0,05 л/кг и 0,03- 0,05 л/кг соответственно.

Использование нагрузки с форсированным дыханием позволяет более детально исследовать резервные возможности легких. Индекс Тиффно характеризует степень бронхиальной проходимости. У здорового взрослого человека он составляет в среднем 75-80%. Проведенные исследования показали отсутствие зависимости этого показателя от пола и района проживания школьников. Так, у детей I группы его значение составило (83,58 ± 2,08)%, у детей II - 81,01 ± 2,16%, и у III - 80,91 ± 3,24 %.

Объем форсированного выдоха во время пиковой объемной скорости (ОПОС) зависит от возраста и района проживания детей. У детей II и III групп значения ОПОС достоверно (р<0,05) ниже, чем у детей, проживающих в спальном районе. Достоверные половые отличия выявлены только в группе школьников из спального района ( у мальчиков ОПОС на 15% выше, чем у девочек). Установлено, что в течение периода второго детства этот показатель увеличивается во всех группах детей: для представителей I группы прирост составил 52,9 % (р<0,05) , для II - 8,5% (р>0,05), для III - 46,8% (р<0,05).

В качестве относительного показателя, характеризующего возможности дыхательной системы (силу дыхательных циклов, статические и динамические характеристики), чаще всего используют отношение пиковой объемной скорости к пиковой объемной скорости вдоха (ПОС/ПОСвд). Согласно полученным данным, относительный показатель ПОС/ПОСвд у детей имеет положительную возрастную динамику. Увеличение этого показателя

свидетельствует о наличии более мощного воздушного потока во время вдоха, что является отражением работы дыхательной мускулатуры.

Установлено, что у детей, проживающих в лесопарковой зоне, данный показатель выше, чем у детей из экологически чистого района промышленного города, а в экологически неблагоприятных условиях дыхательная мускулатура работает еще более интенсивно. Однако, такой режим работы при

загрязненной атмосфере способен обеспечить лишь минимальные, необходимые для роста и развития, дыхательные показатели, в то время как в лесопарковой зоне интенсивное развитие дыхательной мускулатуры обеспечивает экономичный тип дыхания, о чем говорилось выше.

Аналогичная динамика отмечается и при исследовании максимальной вентиляции легких (МВЛ). У детей I группы ее величина составила 36,41 ± 2,18 л; II - 41,95 ± 1,03 л , а для школьников III - 47,92 ± 2,14 л. Имеются достоверные половые отличия: у мальчиков МВЛ выше, чем у девочек во всех обследованных группах: для I группы это увеличение составило +26,5% (р<0,05); для II - +7,8% (р>0,05), для III - +5,8% (р>0,05).

Возрастная динамика параметров внешнего дыхания у детей исследуемых групп позволяет говорить о наличии полового диморфизма и зависимости процесса становления системы внешнего дыхания в период второго детства. Уровень экологического загрязнения окружающей среды оказывает влияние на процесс становления исследуемой системы, поскольку легкие человека с их огромной поверхностью представляют собой орган, который без всякого отбора поглощает любые загрязнения, имеющиеся в воздухе.

Рис. 3. Процентные отклонения показателей системы внешнего дыхания у детей возрастной группы 11 лет по сравнению с 7-летними из чистого (а), промышленного (б) и лесопаркового районов (в) .

Обозначения: ЧД - частота дыхания; МОД - минутный объем дыхания; ЖЕЛ -жизненная емкость легких; ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких; иТиффно

- индекс Тиффно; ОПОС - объем форсированного выдоха за время достижения пиковой скорости; ПОС/ПОСвд - отношение пиковой объемной скорости к пиковой объемной скорости вдоха; МВЛ - максимальная вентиляция легких.

Таким образом, проведенные исследования состояния системы внешнего дыхания у детей препубертатного возраста, проживающих в Восточной Сибири, показали, что в процессе роста и развития ребенка наблюдается снижение степени гипервентиляции легких, повышение экономизации работы дыхательной системы. Это проявляется в положительной динамике дыхательного объема при снижении частоты дыхания, что способствует повышению эффективности легочного газообмена. При этом они наблюдаются независимо от места проживания детей. Однако, у детей, проживающих в промышленном районе, обнаружена неэкономичная работа данной системы, это проявляется в высоких показателях минутного объема дыхания, частоты дыхания и силы дыхательных циклов (отношение пиковой объемной скорости к пиковой объемной скорости вдоха) по сравнению со сверстниками из спального района и лесопарковой зоны. Следует отметить высокую экономичность обеспечения организма кислородом системой внешнего дыхания у детей из лесопаркового района, у них отмечается высокие показатели жизненной емкости легких, а высокий минутный объем дыхания обеспечивается достоверно большей глубиной дыхания.

Литература

1. Агаджанян Н.А., Федоров Ю.И., Шеховцов В.П. и др. Состояние кардиореспираторной системы и психологического статуса подростков Суворовского училища в период адаптации к новым социально-средовым условиям// Экология человека. - 2004. - №4. - С. 16-18.

2. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. -

М.:Медицина,1975. - 448с.

3. Колчинская А.З. Кислородные режимы организма ребенка и подростка. -Киев: Наукова думка, 1973. -320с.

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. Куркатов С.В. Социально-гигиенический мониторинг воздействия вредных веществ на население Красноярского края // ЗНиСО. - Вып.128, №11. - С. 9-12.

6. Михайлова Л.А. Здоровый подросток Сибири. Физиологические и экологические аспекты становления кислородтранспортной функции. -Новосибирск: Наука. - 2006. - 192с.

7. 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.

8. Попова Л.Ю. Влияние антропогенных факторов на состояние здоровья детей, проживающих в регионе с различной экологической нагрузкой // Росс. пед. Журнал.

- 2004. - №1. - С. 39-43.

9. Рахманин Ю.А., Русаков Н.В., Ревазова Ю.А. и др. Актуальные задачи экологии человека и гигиены окружающей среды // Вест. Урал.мед.науки. - 2005. - №2. - С. 18-23.

10. Тихомиров Ю.П., Грачева М.П., Литовская А.В. и др. Опыт мониторинга здоровья детей и подростков в связи с влиянием факторов окружающей среды // ЗНиСО. - 2003. - №9. - С. 8-13.

11. Транковская Л.В., Лучанинова В.Н., Косолапов А.Б. Содержание микроэлементов в волосах детей современного крупного промышленного города // Росс. пед. журнал. - 2004. - №5. - С. 59-61.

12. Ширяева И.С., Савельев Б.П., Куприянова О.О. Параметры функционального

состояния кардиореспираторной системы ребенка // Росс. пед. журнал. - 2000. - №1.

- С. 41-43.

мальчики ^"девочки

мальчики ^"девочки

мальчики

'девочки

в)

Рис. 3. Процентные отклонения показателей системы внешнего дыхания у детей возрастной группы 11 лет по сравнению с 7-летними из чистого (а), промышленного (б) и лесопаркового районов (в) .

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