DYNAMICS OF STATIC PULMONARY VOLUMES AND CAPACITIES IN ANNUAL CYCLE IN CHILDREN OF PRIMARY SCHOOL AGE, RESIDENTS OF THE EUROPEAN NORTH

Full Text

Одной из важнейших проблем экологической физиологии человека является изучение сезонной изменчивости функционирования системы внешнего дыхания, которая во многом определяет эффективность компенсаторно-приспособительных реакций организма в годовом цикле. В настоящее время получены данные о влиянии климатических факторов Севера в различные сезоны года на дыхательную систему взрослых [2, 3, 7, 10, 12, 17], а также детей среднего [9] и старшего [6, 11, 15] школьного возраста, проживающих на Европейском Севере. Однако сведения о компенсаторно-приспособительных реакциях респираторной системы в годовом цикле у детей младшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, являются единичными и не в полной мере отражают функциональное состояние аппарата внешнего дыхания у них в различные сезоны года [13], что определяет необходимость дальнейшего изучения этого вопроса. Методы Исследование функции внешнего дыхания проведено зимой (январь), весной (апрель), летом (июнь) и осенью (ноябрь) у одной и той же группы детей - 33 мальчиков и 32 девочек 8-9 лет среднего уровня физического развития, родившихся и постоянно проживающих в Архангельске. Обследование детей осуществлено на базе МОУ СОШ № 10 г. Архангельска с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского общества (8/609 EC), и одобрено локальным комитетом по этике Северного государственного медицинского университета. В число обследуемых не были включены дети, имеющие хронические заболевания органов дыхания и других органов и систем, влияющих на функцию внешнего дыхания; а также имеющие острые заболевания и жалобы в день обследования. Непосредственно до начала обследования у детей по общепринятой методике измерялись антропометрические параметры - длина и масса тела, которые в последующем использовались для расчета должных величин. Для изучения функционального состояния внешнего дыхания у детей было проведено спирографическое исследование с помощью спирографа микропроцессорного портативного СМП-21/01-“Р-Д” при дыхании атмосферным воздухом в положении сидя в условиях температурного комфорта. Сравнивались полученные фактические показатели путем сопоставления их с должными величинами, рассчитанными в зависимости от антропометрических показателей детей [4]. В течение года (зима, весна, лето и осень) проведено спирографическое обследование одной и той же группы практически здоровых детей - 33 мальчиков и 32 девочек младшего школьного возраста, уроженцев г. Архангельска. Установлено, что в переходный период от теплого времени года к холодному (осень) у детей 8-9 лет наблюдается повышение функциональных возможностей системы внешнего дыхания и уровня дыхания. Было выявлено уменьшение резервного объема вдоха и увеличение резервного объема выдоха как в абсолютных показателях по сравнению с должными величинами, так и в относительных показателях по отношению к жизненной емкости легких во все сезоны года. Ключевые слова: Европейский Север, дети младшего школьного возраста, легочные объемы и емкости, сезонная динамика 55 Экологическая физиология Экология человека 2013.10 Анализ полученных результатов исследования проводился с помощью статистического пакета SPSS 18.0. Проверка на нормальность распределения данных осуществлялась при помощи критерия Шапиро —Уилка (для выборок до 50 наблюдений). Результаты описательной статистики для данных, подчиняющихся закону нормального распределения, представлялись в виде среднего значения (М) и стандартного отклонения (s), для данных, не подчиняющихся закону нормального распределения, — в виде медианы (Md), первого и третьего (Qj и Q3 соответственно) квартилей. В случае нормального распределения переменных использовался дисперсионный анализ для зависимых выборок, для попарных сравнений — t-критерий Стьюдента для зависимых выборок с поправкой Бон-феррони. В случае распределения данных, отличного от нормального, применялся дисперсионный анализ по Фридману, для попарных сравнений — критерий Вилкоксона для зависимых выборок с поправкой Бонферрони. Критический уровень значимости (p) для всех проверяемых статистических гипотез принимался равным 0,05. Результаты Важным показателем, отражающим функциональные возможности системы внешнего дыхания, является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). Статистическая обработка полученных результатов показала зависимость величины ЖЕЛ от сезона года у обследуемых детей (р < 0,001) (табл. 1). У девочек максимальные величины ЖЕЛ были выявлены в осенний период года, минимальные — в весенний. Так, осенью в группе девочек величина ЖЕЛ превышала весеннее значение на 14,1 % (p = 0,001). У мальчиков величины ЖЕЛ были статистически значимо больше осенью и зимой по сравнению с весной и летом. В обеих группах обследуемых детей была выявлена тенденция к уменьшению величины ЖЕЛ от зимы к весне и возрастания к осени. Величина ЖЕЛ зависит не только от анатомических размеров грудной клетки, развития дыхательной мускулатуры и растяжимости легочной ткани [1], но и в определенной степени от легочного кровообращения, поэтому можно предположить, что изменения ЖЕЛ в годовом цикле скорее всего связаны с сезонными колебаниями кровотока в легких и их кровенаполнением, направленными на включение в работу резервных ацинусов. При изучении составляющих ЖЕЛ объемов была выявлена зависимость фактической величины резервного объема вдоха (РОвд) от сезона года у обследуемых девочек (p = 0,002). Так, величина РОвд была значимо больше (p = 0,001) у девочек в зимний период года по сравнению с весенним. У мальчиков максимальные значения РОвд наблюдались зимой и осенью, минимальные — весной. Между величинами резервного объема выдоха (РОвыд) не было выявлено сезонных значимых различий, хотя у мальчиков наблюдалась тенденция к повышению резервного объема экспирации в зимний период года, а у девочек — в осенний (см. табл. 1). При сравнении полученных показателей РОвд у обследованных детей-северян с должными величинами было выявлено значимое снижение фактических величин РОвд во все сезоны года, кроме зимнего — у мальчиков (табл. 2). Если резервный объем вдоха был снижен, то фактическая величина резервного объема выдоха (РОвыд) была повышена (p < 0,001) по сравнению с должными значениями у девочек и мальчиков во все сезоны года (см. табл. 2). Увеличение РОвыд приводит к повышению уровня дыхания (УД). Полагают, что увеличение РОвыд и повышение УД связано с усилением продукции сурфактанта [8] и косвенно свидетельствует об увеличении остаточной емкости легких [5, 18]. Таблица 1 Показатели легочных объемов и емкостей в различные сезоны года у обследованных детей 8—9 лет, уроженцев Европейского Севера n = 32 (д), n = 33 (м) Показа тель Пол Зима 1 Весна 2 Лето 3 Осень 4 р p 1—2 p1-3 p 1 — 4 p2—3 p 2—4 p3-4 Ж2 2,28±0,44 2,01±0,32 2,16±0,36 2,34±0,44 < 0,001 * ** * ЖЕЛ, л М1 2,61 (2,37; 2,87) 2,37 (2,07; 2,55) 2,41 (2,07; 2,64) 2,58 (2,42; 2,92) < 0,001 ** *** *** *** Р О л Ж1 1,08 (0,86; 1,25) 0,72 (0,57; 1,04) 1,06 (0,85; 1,18) 0,96 (0,71; 1,15) 0,002 ** ** М2 1,14±0,37 0,99±0,31 1,11±0,35 1,13±0,34 0,123 РО , л выд’ Ж1 0,91 (0,72; 1,11) 0,87 (0,69; 1,11) 9) ,9 9 0, 0, 8; ,5 (0, 0,96 (0,69; 1,13) 0,31 М1 1,06 (0,87; 1,22) 0,96 (0,75; 1,23) 0,92 (0,615; 1,19) 0,93 (0,71; 1,31) 0,724 Ж2 0,38±0,09 0,37±0,10 0,36±0,08 0,42±0,11 0,047 * ДО, л М1 8) ,4 3 0, • - 0, 9 ,3 (0, 5) ,5 3 0, 0, 9 ,3 (0, 0,42 (0,37; 0,48) 0,53 (0,43; 0,62) 0,004 ** * *** Примечания: различия между сезонами статистически значимы: р < 0,05; р < 0,01; р < 0,001. Сравнение за висимых выборок осуществлялось: Т-Стьюдента, М ± s. непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, Md (Qp Q3); 2 — параметрическим критерием * _ * * * _ 56 Экология человека 2013.10 Экологическая физиология Таблица 2 Должные величины легочных объемов у обследованных детей 8—9 лет, уроженцев Европейского Севера, в различные сезоны года n = 32 (д), n = 33 (м) Показа тель Пол Зима Весна Лето Осень РО , л вд Ж 1,25 ± 0,1** 1,29 ± 0,12*** 1,33 ± 0,13*** 1,36 ± 0,13*** М 1,25 ± 0,12 1,27 ± 0 14*** 1,33 ± 0,14** 1,38 ± 0 14*** РО , л выд’ Ж 0,52 ± 0 04*** 0,54 ± 0,05*** 0,55 ± 0,05*** 0,57 ± 0,05*** М 0,52 ± 0,05*** 0,53 ± 0,06*** 0,55 ± 0,06*** 0,58 ± 0,06*** ДО, л Ж 0,31 ± 0,03*** 0,32 ± 0,03** 0,33 ± 0,03 0,34 ± 0,03*** М 0,31 ± 0,03*** 0,32 ± 0,03*** 0,33 ± 0 04*** 0,35 ± 0 04*** Примечание. Различия с фактическими величинами статистически значимы: ** - р < 0,01; *** - р < 0,001. Известно, что большую диагностическую ценность имеют не только абсолютные значения РО и РО , вд ввід’ но и их относительные величины, в частности отношение резервных объемов вдоха и выдоха к жизненной емкости легких [1]. При сопоставлении относительных величин РО и вд РОвыд у обследованных детей, жителей Европейского Севера, со средними аналогичными показателями у детей, жителей средней полосы России, было установлено уменьшение процентного отношения к ЖЕЛ резервного объема вдоха и увеличение процентного отношения к ЖЕЛ резервного объема выдоха во все сезоны года. Так, относительная величина РО вд у обследованных детей в годовом цикле составила от 40,3 до 48,3 % от ЖЕЛ (табл. 3), а по данным В. Н. Рязанова и Т. А. Долженко [14], процентное отношение РОвд к ЖЕЛ у детей 8-9 лет, жителей средней полосы России, составляет от 55,1 до 55,7 %. Относительная величина РОвыд у обследованных мальчиков и девочек, жителей Европейского Севера, в разные сезоны года составила от 37,0 до 46,3 % ЖЕЛ, что больше относительной величины РО , выд (в % от ЖЕЛ) у детей-сверстников, проживающих Таблица 3 Структура жизненной емкости легких у обследованных детей 8—9 лет, уроженцев Европейского Севера, в различные сезоны года (% от ЖЕЛ) n = 32 (д), n = 33 (м) Пока затель Пол Зима Весна Лето Осень ДО Ж 15,8 (13,6; 19,7) 17,8 (14,2; 23,1) 17,5 (12,7; 19,1) 17,36 (14,3; 22,2) М 16,1 (14,4; 19,6) 19,6 (16,2; 23,8) 17,8 (15,1; 22,5) 19,3 (16,7; 23,0) РО вд Ж 46,9±9,2 40,3±11,5 48,3±11,9 43,5±13,3 М 44,8±12,4 43,4±11,9 47,8±12,4 44,2±11,6 РОвыд выд Ж 38,4±11,2 46,3±13,7 38,3±12,6 39,3±13,9 М 41,5 (34,1; 46,4) 39,9 (33,8; 50,7) 37,0 (29,1; 47,8) 37,3 (27,4; 45,5) в условиях умеренного климата, составляющей от 26,7 до 28,5 % от ЖЕЛ [14]. Вероятно, увеличение резервного объема экспирации и уменьшение резервного объема инспирации у детей, жителей Европейского Севера, способствует уменьшению респираторных теплопотерь при дыхании. Наряду с РО и РО жизненная емкость легких Ґ "Л/ вд выд включает и дыхательный объем (ДО), который является демонстративным показателем функции аппарата внешнего дыхания. Величина ДО зависела от сезона года у девочек (р = 0,047) и была значимо больше осенью по сравнению с летом (p < 0,014). Наблюдалась тенденция к снижению ДО у девочек от зимы к лету и к повышению от лета к осени. У мальчиков также были выявлены статистически значимые сезонные различия величины ДО (p = 0,004). Так, в осенний период года величина ДО значимо превышала летнее (р < 0,001), весеннее (р = 0,024) и зимнее (р < 0,001) значения (см. табл. 1). При сравнении фактических величин ДО с должными величинами было установлено увеличение глубины дыхания у обследуемых детей (p < 0,001) за исключением летнего периода года у девочек (см. табл. 2). Расчет процентного отношения ДО к ЖЕЛ в различные сезоны года показал, что при дыхании в состоянии покоя у обследованных детей относительная величина ДО была минимальна зимой, максимальна - весной (см. табл. 3). Обсуждение результатов При анализе сезонной динамики статических легочных объемов у детей 8-9 лет, уроженцев Европейского Севера, установлено, что в переходный период года от теплого времени к холодному (осень) наблюдается повышение величин ЖЕЛ и ДО как у мальчиков, так и у девочек, а также повышение РО - у мальчиков. вд Повышение величины ЖЕЛ в осенний период года по сравнению с весенним, вероятно, является компенсаторно-приспособительной реакцией, направленной на увеличение площади дыхательной поверхности легких, обеспечивающей газообмен, и на улучшение параметров кондиционирования воздуха организма в ответ на начало действия холодового фактора. Известно, что глубина дыхания влияет на объем альвеолярного мертвого пространства [16], поэтому увеличение ДО у обследованных детей в переходный (осень) период года, вероятно, способствует увеличению количества функционирующих альвеол. Тем самым система внешнего дыхания обеспечивает поступление кислорода в количестве, необходимом для поддержания требуемого уровня энергетического обмена и теплопродукции, а также повышается эффективность вентиляции. По мнению О. В. Гришина, Н. В. Устюжаниновой [5], механизмом включения резервных структур легких в процесс воздухообмена 57 Экологическая физиология Экология человека 2013.10 является увеличение функциональной остаточной емкости легких. В основе этого механизма лежит увеличение легочного кровообращения и раскрытие резервных капилляров в малом круге кровообращения, а пусковым звеном является гипоксический стимул. Увеличение легочного кровообращения за счет раскрытия резервных капилляров обеспечивается рефлекторным повышением давления в легочной артерии. Выявленное у обследованных детей младшего школьного возраста уменьшение РОвд и увеличение РОвыд как в абсолютных показателях по сравнению с должными величинами, так и в относительных показателях по отношению к ЖЕЛ связано, по всей видимости, с воздействием холодового фактора, который существенно меняет механику дыхания, укорачивая вдох и удлиняя фазу выдоха, при этом сокращается время соприкосновения холодного воздуха с респираторным трактом, увеличивается остаточный объем легких и функциональная остаточная емкость легких, а также появляются возможности для большего разведения вдыхаемого воздуха в теплом альвеолярном, что является защитной компенсаторноприспособительной реакцией, способствующей согреванию воздуха в дыхательных путях. Таким образом, сезонные природно-климатические изменения факторов окружающей среды в течение года вызывают у детей младшего школьного возраста, жителей Европейского Севера, компенсаторноприспособительные реакции системы внешнего дыхания, направленные на уравновешивание с внешней средой. В переходный период года от теплого к холодному (осень) наблюдаются максимальные значения величин ЖЕЛ, ДО как у мальчиков, так и у девочек, а также РОвыд у девочек, происходит изменение структуры ЖЕЛ.

About the authors

V S Smolina

Northern State Medical University

Email: smol.ros@yandex.ru

A A Zavyalova

Northern State Medical University

References

Supplementary files