Экологические особенности системогенеза внешнего дыхания у подростков Восточной Сибири

ЗДОРОВЬЕ, ОБРАЗ ЖИЗНИ, ЭКОЛОГИЯ

© 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 (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 - по пыли, по сероуглероду - 5,9. Третья 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. Установленная 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 - 4,2% и - 5,1%, а для III - 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 отмечены 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 наблюдалось. 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.

ECOLOGICAL PECULIARITIES OF SYSTEM GENESIS OF EXTERNAL RESPIRATION IN ADOLESCENTS FROM EAST SIBERIA

L.A. Mihajlova Krasnoyarsk state medical academy The research of health children (both sexes; 7-11 years old), living in different ecological conditions (bedroom community, industrial area, parkland area) was done. It was revealed, that in the second period of childhood independently of ecological conditions effectiveness and economy of ventilation are increased. The system of external respiration in children, living in unfavorable ecological conditions (industrial area), has loading and its work is less economy. It is showed in high indices of respiratory minute volume, which provided by respiration rate and intensive loading on breathing muscular system.

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.