Dynamics of the functional state of the external respiratory system in Yakut young men with different body weights over the past decade

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Система дыхания как одна из немногочисленных, обращенных во внешнюю среду, подвержена существенному влиянию неблагоприятных природно-климатических и социальных факторов Севера. Адаптивные способности организма в экстремальных условиях крайнего Севера во многом определяются функциональным состоянием дыхательной системы. В связи с усилением энерготрат организма в условиях Севера этой системе отводится особая роль по обеспечению повышенных потребностей в кислороде. Характер и уровень заболеваемости северян свидетельствуют о неблагоприятной ситуации в отношении поражения органов дыхания. За последние годы болезни органов дыхания занимают около 66 % от всей структуры заболеваемости населения Якутии [1].

На современном этапе экономического и технологического развития общества возникла проблема увеличения количества людей с избыточной массой тела и ожирением [2, 3]. За последние 20 лет произошли негативные изменения в физическом развитии юношей-якутов, студентов СВФУ, проявившиеся в дисгармоничном соотношении массы тела к его длине. Число юношей с избыточной МТ увеличилось в 2,3 раза, а распространённость лиц с повышенными значениями ИМТ увеличилась на 29,1% по сравнению с их сверстниками в 1998–1999 гг. [4]. Обследование аборигенов из общин коренных народов Канады (молодёжь до 18 лет) показало увеличение распространённости лиц с избыточной МТ и ожирением за последние 50 лет с 10,9 до 32% [5].

Повышенная масса тела и ожирение имеют множественные пути негативного воздействия на функцию внешнего дыхания. Отложение жира вокруг ребер и в брюшной полости ограничивает экскурсии грудной клетки и диафрагмы, что приводит к снижению легочных объемов [6, 7].   Наибольшие изменения претерпевают резервный объем выдоха (РОвыд) и функциональная остаточная емкость (ФОЕ) [8]. Известно, что при снижении РОвыд и ФОЕ ухудшается проходимость дистальных отделов дыхательных путей, что приводит к коллапсу альвеол и развитию микроателектазов [9]. При этом нарушается вентиляционно-перфузионное соотношение: часть альвеол снабжается кровью, но не вентилируется и, оттекающая от них кровь, не насыщается кислородом, развивается артериальная гипоксемия.

Учитывая уязвимость системы внешнего дыхания к воздействию природно-климатических факторов и высокую частоту хронических неспецифических заболеваний легких в Якутии, крайне важно определение диапазона физиологических параметров этой системы у практически здоровых лиц, проживающих в экстремальных условиях среды.

Цель исследования: Исследовать динамику функционального состояния системы внешнего дыхания у юношей-якутов с разной массой тела за последнее десятилетие.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования были 183 практически здоровых юношей-якутов (студенты медицинского института СВФУ) в возрасте от 18 до 21 года, занимающихся физической культурой по программе ВУЗа. Оценка физического развития производилась с помощью индекса массы тела (ИМТ, кг/м²). В соответствии со стандартами ВОЗ [https://gateway.euro.who.int/ru/indicators/mn_survey_19-cut-off-for-bmi-according-to-who-standards/] значения ИМТ для нормальной МТ составляют от 18,5 до 24,99 кг/м², менее 18,5 кг/м² расцениваются как недостаточная масса тела, от 25 до 29,99 кг/м² – избыточная масса тела, 30 кг/м² и выше – ожирение. По результатам оценки ИМТ все обследованные были поделены на три группы: с нормальной массой тела, с массой тела ниже нормы (с недостаточной массой тела) и с массой тела выше нормативных значений (с избыточной массой тела). Все исследования выполнялись с соблюдением требований биомедицинской этики при добровольном информированном согласии обследуемых.   Исследование функции внешнего дыхания (ФВД) проводилось на спирографе компьютерной диагностической системы «Валента» (СПб, ПО «Нео») и на спирографе «Спиро-С-100» (Альтоника, Москва) в положении сидя. В программном обеспечении спирографов заложено приведение объемных и скоростных показателей к системе BTPS и сравнивание с должными величинами (R.V. Knudsen). Исследования проводили в 2010 г. на 93 юношах и в 2021-22 гг. на 90 юношах. Оценивались следующие показатели: ЖЕЛ – жизненная емкость легких, л; ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких, л; ОФВ₁ – объем форсированного выдоха за первую секунду, л; ПОС – пиковая объемная скорость выдоха, л/с; МОС₂₅ – мгновенная объемная скорость на 25% от ФЖЕЛ, л/с; МОС₅₀ – то же на 50% от ФЖЕЛ, л/с; МОС₇₅ - то же на 75% от ФЖЕЛ, л/с, ОФВ₁/ ФЖЕЛ – индекс Гэнслера (ИГ).

Статистическая обработка проведена с помощью пакета XL Win XP Prof. В виду отсутствия нормальности распределения (тест Колмогорова-Смирнова) некоторых показателей, данные представлены в виде медианы (Ме) и интерквартильного размаха 25 и 75 процентилей (Q1-Q3). Различия считались статистически значимыми при p<0,05.

 

            РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты исследования показателей физического развития обследованных студентов (табл. 1) выявили, что при практически одинаковой длине тела у юношей в 2010 г. и в 2020-22 гг., значимо большие величины имеют МТ, ОГК (Р<0,001) и ИМТ (Р<0,01) в 2020-22 гг. Соотношение количества студентов с нормальной, избыточной и недостаточной массой тела за 10-12 лет претерпело существенные изменения (табл. 2). Увеличилось число лиц с избыточной МТ на 29,5%, а число лиц с нормальной и недостаточной МТ снизилось соответственно на 22,4 % и 6,9 %.

Величина ЖЕЛ, % а также величины объемно-скоростных показателей внешнего дыхания (ФЖЕЛ, % и ОФВ1, %) у студентов как в 2010 г., так и в 2021-22 гг. в одинаковой степени снижены относительно должных значений (Табл. 3). Также ниже должных величин показатели проходимости крупных бронхов ПОС, % и МОС_25, %, причем значимо большее снижение этих параметров в 2010 г. относительно обследованных в 2020-22 гг. Отставание показателя воздухоносности бронхов среднего калибра (МОС₅₀) от должного значения становится практически одинаковыми у студентов обоих десятилетий. В мельчайших бронхах МОС₇₅ – величина проходимости воздушного потока, наоборот, становится выше должных значений: в 2010 г. на 16%, а в 2020-22 гг. – на 9%.

Сравнительный анализ абсолютных величин ЖЕЛ и ее составляющих в 2010 г. и в 2020-22 гг. выявил значимо большие значения ЖЕЛ, ДО, РО вд в 2020-2022 гг. (Табл. 3). Абсолютные значения форсированной емкости легких (ФЖЕЛ, ОФВ1) и проходимости бронхов крупного калибра (ПОС, МОС₂₅) также значимо выше в 2020-22 гг. Однако, в бронхах среднего калибра (МОС₅₀) различия в воздухоносности исчезают, а далее в бронхах мелкого калибра (МОС₇₅) проходимость становится ниже у юношей в 2020-22 г., чем в 2010 г. (табл.3).

В соответствии с поставленной задачей нами изучена специфика функционирования респираторной системы у лиц с различной МТ. В табл. 4 приведены показатели внешнего дыхания у студентов с нормальной и недостаточной МТ, обследованных в 2010 г. В обеих группах объемные показатели (ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1) и скоростные показатели проходимости крупных бронхов (ПОС, МОС₂₅) ниже должных значений, а в бронхах среднего калибра (МОС₅₀) показатели проходимости повысились до должной величины. В мелких бронхах (МОС₇₅) воздухоносность в обеих группах превысила должные значения. Сравнительный анализ фактических величин ЖЕЛ между группами с нормальной и недостаточной МТ не выявил отличий. Однако ФЖЕЛ и показатели проходимости крупных бронхов значимо выше у лиц с нормальной МТ. В бронхах среднего калибра (МОС_50%,) различия в воздухоносности между группами исчезают. В мелких бронхах (МОС_75%) проходимость, наоборот, несколько повысилась у лиц с недостаточной МТ. О том, что проходимость бронхиального дерева у лиц с недостаточной МТ в целом не уступает лицам с нормальной МТ также свидетельствует значимо большая величина ИГ.

Проведен сравнительный анализ параметров внешнего дыхания у юношей с разной (нормальной и избыточной) массой тела, обследованных в 2020-22 гг. (Табл. 5). Объемные показатели ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1 ниже должных величин в обеих группах. Скоростные показатели ПОС, МОС₂₅, МОС₅₀ у рассматриваемых групп в одинаковой мере снижены относительно должных величин. Выше должных лишь значения МОС₇₅ у студентов с нормальной МТ на 15,2%. Абсолютная величина ЖЕЛ практически одинакова в обеих группах. Однако, величины легочных объемов значимо отличаются: РОвд выше у лиц с избыточной МТ, а РОвыд выше – у лиц с нормальной МТ. Отмечена тенденция к более высоким значениям ФЖЕЛ у лиц с избыточной МТ. Между рассматриваемыми группами отсутствуют значимые различия абсолютных значений ОФВ1, ПОС, МОС₂₅, МОС₅₀. Лишь в мельчайших бронхах (МОС₇₅) появляется тенденция к большим величинам проходимости у студентов с нормальной МТ. У них также выявлено значимо большее значение ИГ. Таким образом, исследование показателей внешнего дыхания у студентов с нормальной и избыточной МТ в 2020-22 гг. не выявило значимых отличий в объемных (ЖЕЛ) и объемно-скоростных параметрах, характеризующих проходимость крупных и средних бронхов. Однако величина такой составляющей ЖЕЛ, как РОвыд, значимо выше у студентов с нормальной МТ. Также у лиц с нормальной МТ обнаружен больший уровень проходимости в мелких бронхах - 115% относительно нормативов.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Наши данные о более низких значениях емкостных характеристик внешнего дыхания у юношей-якутов относительно должных величин, разработанных для жителей Центрально-Европейской части России, согласуются с результатами ряда авторов, обследовавших юношей – представителей коренных этносов, проживающих в регионах с резко континентальным климатом [10, 11]. Сравнительный анализ абсолютных и относительных величин объемных показателей внешнего дыхания (ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1) и скоростных показателей проходимости крупных бронхов (ПОС, МОС₂₅) у студентов в 2010 г. и в 2020-22 гг. выявил значимо большие величины в 2020-22 гг. Юноши в 2020-22 гг., имеют высокие показатели ИМТ (ближе к верхней границе нормы), и очевидно большую силу респираторных мышц, что и обусловливает большие величины приведенных показателей внешнего дыхания. В бронхах среднего калибра (МОС₅₀) различия в воздухоносности между юношами обоих этапов исследования исчезают, что свидетельствует об ослабевании влияния дыхательной мускулатуры на проходимость бронхиального дерева по мере его сужения. Мелкие респираторные бронхи (МОС₇₅) - единственный отдел воздухоносной системы, где нами установлена проходимость, превышающая должную величину: в 2010 г. превышение составило 16%, в 2020-22 гг. – 9%. В литературе указывается на превышение должного уровня проходимости мелких бронхов у аборигенов Северо-Востока России [10]. Имеются данные о том, что у северян под воздействием низких температур усиливается продукция сурфактанта в бронхиолах и альвеолах [12]. Сурфактант, стабилизируя просвет бронхиол и альвеол при максимальном выдохе, препятствует сужению просвета мелких бронхов, что и обеспечивает высокую скорость воздушного потока в них. Кроме того, белковые фракции сурфактанта обеспечивают антимикробную защиту терминальных бронхиол [13].                               

Сравнительное исследование функциональной организации системы внешнего дыхания у юношей с нормальной и сниженной МТ в 2010 г. выявило значимо большие величины ФЖЕЛ и проходимости крупных бронхов у студентов с нормальной МТ. В то же время нами установлено у обследованных со сниженной МТ повышение воздушности средних и мелких участков бронхиального дерева, что, возможно, компенсирует снижение воздухоносности крупных бронхов. Значимо большая величина ИГу юношей со сниженной МТ также свидетельствует в целом о хорошей проходимости их воздухоносных путей.

            Исследование абсолютных значений ЖЕЛ у студентов с нормальной и повышенной МТ в 2020-22 гг. не выявило отличий. Однако, отмечен значимо больший показатель РОвыд у юношей с нормальной МТ относительно группы с избыточной МТ. Наши данные нашли подтверждение в исследованиях [8], установивших рестриктивные нарушения вентиляции у студентов с повышенным ИМТ. Проявлением нарушения явились низкие величины РОвыд. Значимость РОвыд, как компонента функциональной остаточной емкости (ФОЕ) в том, что он является буферной емкостью легких, где создается уровень парциального давления кислорода и углекислого газа необходимый для обеспечения диффузионной способности легких, как в покое, так и при любых других условиях [14, 15].  У юношей с нормальной массой тела выявлено увеличение проходимости в мельчайших бронхах (МОС₇₅) относительно должной величины на 15%, в то время как в группе с избыточной МТ увеличения не обнаружено. Известно, что при снижении РОвыд и ФОЕ ухудшается проходимость дистальных бронхов [9].  Нами также установлена значимо большая величина ИГу студентов с нормальной массой тела чем в группе с повышенным ИМТ.

 

Заключение

            Полученные данные свидетельствуют о том, что значимое повышение МТ у студентов за прошедшее десятилетие (с 2010 г. по 2020-22 гг.) ассоциируется с тенденцией к снижению проходимости дистальных бронхиол. Такие же отличия паттернов внешнего дыхания установлены в 2020-2022 гг. между студентами с нормальной и повышенной МТ: у студентов с нормальной МТ воздушность в респираторных бронхиолах несколько выше, чем у студентов с повышенной МТ. У студентов с нормальной МТ выявлено значимое превышение величины РОвыд относительно группы с избыточной МТ.

            Таким образом, адаптивные возможности системы внешнего дыхания у студентов с нормальной МТ выше относительно студентов с повышенной МТ, о чем свидетельствует как большая воздушность респираторных бронхиол, так и значимое превышение величины РОвыд. У студентов с избыточной МТ имеется определенная степень риска возникновения обструктивных и рестриктивных нарушений вентиляции легких.

Выявленное снижение функциональных возможностей системы внешнего дыхания у юношей с избыточной массой тела служит обоснованием необходимости проведения

среди студенчества профилактических мероприятий, направленных на повышение мотивации к снижению массы тела, борьбу с гиподинамией и на оптимизацию структуры питания.

About the authors

Galina Stepanova

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: g_k_step@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5775-6528
SPIN-code: 5466-7349

Associate Professor, Professor of the Medical Institute of NEFU

Russian Federation, Russia, 677000, Yakutsk, st. Kulakovskogo, 42

Larisa Afanasyevna Malysheva

Medical Institute, North-Eastern Federal University named after. M.K. Ammosova

Email: mallaaf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2395-1103
SPIN-code: 3734-3301

доцент

Russian Federation, Russia, 677000, Yakutsk, st. Kulakovskogo, 42

References

Supplementary files