Системогенез внешнего дыхания у детей промышленного города

© МИХАЙЛОВА Л. А., МАТЫСКИН А.В.

СИСТЕМОГЕНЕЗ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО

ГОРОДА

Л.А. Михайлова, А.В. Матыскин

Красноярская государственная медицинская академия им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, 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 мускулатурой по сравнению со сверстниками из спального района. Для детей II группы характерен ритм дыхания, соответствующий показателям III, однако, с более низкими резервными возможностями.

Ключевые слова: системогенез, внешнее дыхание, дети, промышленный город.

Изучение влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья и, в том числе, на состояние системы внешнего дыхания, являющейся наиболее чувствительной к воздействию экзогенных факторов. 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. Организм детей и подростков чувствительно реагирует на многообразные факторы окружающей среды в период роста и развития [5, 9-10]. Многочисленные исследования, проведенные рядом авторов [1-4, 6-8] 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. 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.

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

Материалы и методы

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.

В первую группу (I) были включены дети, родившиеся и проживающие в районе рядом с химическими предприятиями. В число их приоритетных загрязнителей атмосферы 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 +". 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

Исследование функциональных возможностей человека на разных этапах его индивидуального развития является одной из актуальных задач возрастной физиологии.

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]. Установлено, что у детей, проживающих вблизи промышленных химических 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. У детей всех

обследованных групп в течение исследуемого отрезка онтогенеза происходит увеличение уровня МОД: +12%, +20% и +4% соответственно для I, II и III групп. 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 групп: 0,41 ± 0,02 л и 0,47 ± 0,01 л для детей II и III групп соответственно. Динамика увеличения этого показателя с возрастом выявлена во всех группах, но достоверное увеличение отмечено у детей I и II групп (+ 25% и +34% соответственно). Значения частоты дыхания (ЧД) у детей обследованных групп находятся на одном уровне и с возрастом имеет тенденцию снижения: на -7-10% (рис.1).

Рис. 1. Процентные отклонения показателей системы внешнего дыхания у детей

10 лет по сравнению с 7-летними.

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.

Следовательно, у детей, проживающих в промышленном городе, независимо от характера загрязнения сохраняются закономерности становления системы внешнего дыхания, что проявляется в увеличении МОД, ДО и снижении ЧД в препубертатном возрасте.

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. По мере роста и развития детей отмечается увеличение ЖЕЛ. Прирост ЖЕЛ у детей 10 лет по сравнению с 7- летними в I группе составил 19%, во II - 38%, в контрольной - 39% (рис.1). Эти изменения обусловлены, в первую очередь, низкими резервными возможностями системы внешнего дыхания детей из промышленных районов города. В первую очередь, это касается резервного объема выдоха (РОвыд). Исследование возрастной динамики этого показателя и расчетного - РОвыд/ЖЕЛ показало, что с возрастом он снижается во всех группах, наиболее отчетливое снижение отмечается у детей из экологически неблагоприятных

районов города, составляя 25% и 26% по сравнению с контрольной группой - 8% (рис.2

а).

Рис.2. Сравнительные данные показателей РОвыд/ЖЕЛ и РОвд/ЖЕЛ у детей в районах с различным промышленным загрязнением.

Однако, доля резервного объема вдоха (РОвд) в ЖЕЛ увеличивается: превышение этого показателя у 10-летних по сравнению с детьми 7 лет для исследуемых групп составил 15%, 22% и 23% соответственно (рис.2б). Следовательно, по мере роста и развития детей происходит увеличение ЖЕЛ и доли в ней РОвд при снижении доли РОвыд.

Использование нагрузки выявило, что показатели форсированного дыхания, в частности, форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) различны у детей исследуемых групп. Установлено, что у детей в районе с пылевым загрязнением ФЖЕЛ составляет 0,69 ± 0,03 л , что значимо ниже, чем в районе с химическим загрязнением (1,15 ± 0,03 л) и в спальном районе - (1,90 ± 0,13 л.) Представляет интерес возрастная динамика такого показателя как максимальная вентиляция легких (МВЛ). Уровень этого параметра у 10-летних детей достоверно выше по сравнению с 7- летними во всех исследуемых группах и составил у детей I составила + 12%, II + 26 % и III + 21% .

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 ОФВ1вд составили 1,09 ± 0,04 л и 0,62 ± 0,02 л 0,68 ± 0,04 л соответственно. Установлено 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 (Тпос) (рис.3).

Рис. 3. 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. Возрастная динамика этого показателя различна для исследуемых районов. Обнаружено, что у детей 10 лет по сравнению с 7-летними, в I и II районах Тфв достоверно снижен на 17% и 32%, а у подростков чистого района он на исследуемом

отрезке онтогенеза, наоборот, увеличен на 16 % (р<0,05). Тпос у детей в экологически неблагоприятных условиях проживания также в целом по группам снижен в 2,1 раза и на 30,4% соответственно. Возрастные отличия для детей I, II и III групп составили -34%, -51% и +13%.

Итак, исходя из полученных результатов обследования, можно сказать, что характер дыхания и его становление в препубертатном возрасте определяются экологическими условиями проживания детей. В неблагоприятных условиях при форсированном дыхании выявляется снижение временных характеристик этого процесса, причем, с возрастом отмечено их снижение. В группе детей, проживающих в спальном районе, с возрастом дыхание углубляется, время вдоха при форсированном дыхании увеличивается и превышает значения детей из промышленных районов. Следует отметить, что в районе с химическим промышленным загрязнением эти показатели и их возрастная динамика наиболее выражены. Объем воздуха на пиковой скорости (ОПОС) у детей в загрязненных районах ниже, чем в экологически чистом, составляя 0,30 ± 0,01 л, 0,27 ± 0,02 л и 0,40 ± 0,02 л соответственно. В I группе различие между 10 и 7-летними школьниками по данному показателю отсутствовало, во II группе составило 12%, в III +58% (рис.1). Следовательно, у детей, проживающих в районе с высокой концентрацией в атмосфере 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 максимальной объемной скорости воздушного потока, соответствующей контрольной группы. Следует отметить более низкую экономичность работы системы внешнего дыхания у детей из неблагоприятных районов, отражением чего является увеличение частоты дыхания при максимальной вентиляции легких (ЧДмвл). Так, для I группы величина ЧДмвл составила 67,00 ± 1,22 в мин, для II -78,21 ± 2,06 по сравнению с контрольной группой - (57,21 ± 1,85).

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, значение этого показателя превышает уровень контроля в 2,10 раза, а у

детей II группы на 24,7% . Это свидетельствует о более сильном развитии дыхательной мускулатуры у детей, проживающих в районе с промышленным загрязнением. Анализ возрастных различий у детей, проживающих в различных районов показал, что лишь в районе с высоким пылевым загрязнением отмечено снижение данного параметра у 10летних детей по сравнению с группой 7-летних (-21%), в то время как у детей I группы отмечено увеличение ПОС/ПОСвд на 29% и в контрольной группе - на 19% (рис.4).

Рис. 4. Показатель ПОС/ПОСвд у детей в районах с различным промышленным загрязнением.

Таким образом, становление системы внешнего дыхания в препубертатном периоде развития зависит от района проживания детей и характера промышленного загрязнения.

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 мускулатуры по сравнению со сверстниками из спального

района. У детей, проживающих в районе с высоким автомобильным движением и высокой

пылевой загрязненностью, отмечается ритм дыхания, близкий к показателям детей из

экологически чистого района. Однако, у этой группы отмечено 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.

SYSTEMOGENESIS OF EXTERNAL RESPIRATION OF CHILDREN IN

INDUSTRIAL CITY

L.A. Mikhajlova, A.V. Matyskin Krasnoyarsk state medical academy named in honour of V.F. Vojno-Yasenetskij

340 children (7-10 years old), living in Siberia, in regions with high level of industrial pollution (I group), with road junctions (II group) and in bedroom communities (III group) were examined. I group - increase of respiratory minute volume due to depth, short inhalation, increase of weight hour space velocity of air stream. It is provided by development of respiratory muscular system in comparison with coevals from bedroom community. II group - respiratory rhythm corresponding to indices of III group, but with lower spare capacities.

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.79-81.

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. - 211с.

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. журнал. - 2000. -№1. - С.41-43.

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

МОД

ЧД

до —

ПОС/ПОСвд

ОПОСС-

I группа

- - II группа

- - III группа

Рис. 1. Процентные отклонения показателей системы внешнего дыхания у детей 10 лет по сравнению с 7-летними.

¡Е 0,25 -

возраст, годы

а)

б)

Рис.2. Сравнительные данные показателей РОвыд/ЖЕЛ и РОвд/ЖЕЛ у детей в районах с различным промышленным загрязнением.

0,4

0,35

0,3

0,2

0,15

0,1

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

2,5

о

о 1,5 с

о

о

с

1

0,5

'Ж- '

-♦—I группа -II группа -а- -III группа

8 9

возраст, лет

10

2

Рис.4. Показатель ПОС/ПОСвд у детей в районах с различным промышленным загрязнением.