Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 14
2.1. Эколого-физиологическая характеристика состояния сердечно-сосудистой системы у жителей Севера 16
2.2. Эколого-физиологическая характеристика состояния дыхательной системы у жителей Севера 33
2.3. Изменение физической работоспособности с возрастом 41
3. Объект и методы исследования 45
3.1 Контингент обследованных лиц 45
3.2. Автоматизированная установка для экспресс-анализа показателей деятельности систем кровообращения и дыхания человека 52
3.2.1. Описание автоматизированной установки 52
3.2.2. Программное обеспечение для формирования и анализа баз данных 57
4. Результаты исследования 61
4.1. Особенности функционирования систем кровообращения и дыхания у детей в условиях Севера 61
4.1.1. Возрастная динамика показателей деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем и физической работоспособности у школьников 61
4.1.2. Влияние холодного периода года на показатели деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем и физическую работоспособность школьников 77
4.1.3. Динамика показателей функции систем кровообращения и дыхания у школьников с повышенным уровнем двигательной активности 83
4.1.4. Влияние уровня двигательной активности на состояние систем кровообращения и дыхания у школьников 86
4.2. Особенности функционального состояния систем кровообращения и дыхания у человека в условиях Европейского Севера в разные сезоны года 93
4.2.1. Возрастная динамика показателей систем кровообращения и дыхания у жителей Севера 93
4.2.1.1. Физиологические показатели в покое лежа 93
4.2.1.2. Физиологические показатели при нагрузочном тестировании 99
4.2.2. Сезонные и региональные влияния на системы кровообращения и дыхания у человека 106
4.2.2.1. Физиологические показатели в покое лежа 106
4.2.2.2. Физиологические показатели при нагрузочном тестировании 107
4.2.2.3. Количественный анализ сезонного и регионального влияния на системы кровообращения и дыхания у человека 111
4.2.3. Сезонные и социальные влияния на системы кровообращения и дыхания у человека 113
4.3. Влияние температурного фактора на состояние систем кровообращения и дыхания у человека на Европейском Севере 127
4.3.1. Физиологические показатели в покое лежа 127
4.3.2. Физиологические показатели при нагрузочном тестировании 131
4.3.3. Показатели систем кровообращения и дыхания у человека при стандартном общем холодовом воздействии в климатической камере 136
5. Обсуждение результатов 152
5.1. Особенности функционирования систем кровообращения и дыхания у детей на Севере 152
5.1.1. Возрастные и сезонные изменения показателей деятельности сердечно-сосудистой системы у детей 152
5.1.2. Возрастные и сезонные изменения показателей деятельности дыхательной системы у детей 166
5.1.3. Влияние возраста и сезонов года на физическую работоспособность детей 182
5.2. Общая физиологическая характеристика состояния систем кровообращения и дыхания у жителей Севера 189
5.2.1. Физиологические показатели в покое лежа 189
5.2.2. Физиологические показатели при нагрузочном тестировании 206
5.3. Анализ влияния температурного фактора на состояние систем кровообращения и дыхания у человека на Европейском Севере 216
6. Заключение 230
7. Выводы 234
8. Список литературы 239
9. Список терминов, сокращений и условных обозначений 280
10. Акты о внедрении 282
- Эколого-физиологическая характеристика состояния сердечно-сосудистой системы у жителей Севера
- Программное обеспечение для формирования и анализа баз данных
- Возрастная динамика показателей деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем и физической работоспособности у школьников
- Возрастные и сезонные изменения показателей деятельности дыхательной системы у детей
Введение к работе
Актуальность темы. Реализация генетической программы организма человека осуществляется под влиянием окружающей среды: специфического комплекса природно-климатических факторов, санитарно-гигиенических условий жизни, особенностей питания, профессиональной деятельности и т.д. В результате устанавливается динамическое равновесие организм - среда. Как отмечают Н.А.Агаджанян и В.И.Торшин (1994), решая с различной степенью эффективности задачи восстановления здоровья, клиническая медицина не может стать звеном обратной связи в системе «человек - среда»: слишком велико запаздывание сигнала неблагополучия - он подается не до, а после выхода системы из строя. Прогнозирование состояния организма человека и популяции в целом, а также управление процессом адаптации требует знания динамики приспособления, ее многообразных вариантов, раскрытия механизмов адаптации.
Особенно это актуально для детского организма, когда интенсивные процессы роста и дифференцировки тканей и формирование дефинитивного уровня развития обуславливают высокую чувствительность ребенка к изменениям средовых воздействий, превращают конечные результаты развития в одну из главных мишеней или индикаторов неблагоприятного влияния среды (Сердюковская, Жилов, 1977; Алексеев и др., 1993; Гребнева, 2001). Реакция организма ребенка на воздействие факторов окружающей среды в различные возрастные периоды определяется морфофункциональной зрелостью физиологических систем и адекватностью функциональных возможностей организма (Гребнева, 2001; Фарбер, Безруких, 2001), что лежит в основе деления онтогенеза на возрастные периоды (Аршавский, 1975). Поэтому расширение научных представлений о формировании растущего организма в дискомфортных климатических условиях окружающей среды важно для дальнейшей разработки теории адаптации с онтогенетических позиций.
Функциональное совершенствование организма детей определяется не только биологическими закономерностями роста и развития, но и в значительной степени условиями внешней среды, организацией общего режима жизни ребенка, уровнем его двигательной активности, особенностями закаливания и физического воспитания (Спирина, 1972). Двигательная активность обладает мощным защитным действием в случае ее достаточного объема в режиме дня или является фактором риска при ее индивидуальной недостаточности (Калюжная, 1980). Известно также синергичное действие холодового фактора и физических нагрузок (Слоним, 1952). Исходя из концепции об общем пути адаптации к холоду и физической работе, выражающемся в "борьбе за кислород" (Колчинская, 1973; Меерсон, 1973; Слоним, 1984: Якименко, 1984), можно предположить, что одновременное воздействие холода и физической работы приведет к интеграции воздействий. При резком возрастании уровня обоих факторов функциональных резервов организма может оказаться недостаточно для успешной адаптации к меняющимся условиям среды.
По нашему мнению, существенным фактором формирования функционального состояния человека являются сезоны года. На протяжении года человек проходит циклы естественной сезонной акклиматизации. До настоящего времени нет полной картины годовой динамики функциональных перестроек в организме и ее влияния на онтогенез человека в условиях Севера, хотя это имеет большое научное и практическое значение. Для понимания механизмов формирования приспособительных реакций в организме важен анализ зависимости показателей систем кровообращения и дыхания у человека в разные сезоны года от температуры наружного воздуха.
Таким образом, интегративный анализ функций организма с позиций экологической физиологии, с учетом сезонного фактора и социальных условий жизни позволит полнее изучить физиологические механизмы адаптивных изменений систем кровообращения и дыхания, знание которых поможет оценить уровень здоровья, глубину и характер функционального ответа организма че ловека, живущего на Севере, а, следовательно, поставить на научную основу раннюю диагностику и превентивные мероприятия.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР Института физиологии Коми НЦ УрО РАН: "Влияние изменений основных экологических факторов на здоровье, физическую работоспособность человека при экстремальных воздействиях на Севере" (№ ГР 01.8.90 088427) и "Возрастные функциональные и резервные возможности кардиореспираторной системы человека на Севере" (№ ГР 01.9.50 001627) и темами "Физиологический статус организма как маркер состояния окружающей среды и изменения климата" и "Климатические условия как фактор формирования функциональных возможностей кардиореспираторной системы растущего человека", вошедшими в научно-техническую программу РАН в разделе "Глобальные изменения природной среды и климата".
Цель работы - изучить сезонные акклиматизационные функциональные перестройки систем дыхания и кровообращения и физиологические механизмы их модулирующего влияния на общую динамику адаптационного процесса детского и взрослого населения на Севере.
Задачи исследования:
1. Оценить возрастное становление функций кровообращения и дыхания у школьников в условиях Севера и влияние на этот процесс сезонных физиологических адаптивных трансформаций в организме.
2. Исследовать влияние погодных условий на функциональное состояние систем дыхания и кровообращения у человека на Севере с помощью ежемесячного мониторинга (от октября до мая).
3. Определить воздействие уровня двигательной активности, включенной в процесс воспитания, на возрастные и сезонные перестройки систем кровообращения, дыхания и физического развития школьников.
4. Изучить сезонные особенности физиологического статуса населения, проживающего в районах Севера, различающихся по жесткости климатических условий и по социальным условиям жизни.
5. Исследовать влияние температуры наружного воздуха на функциональное состояние систем кровообращения и дыхания у человека в разные стадии сезонных адаптивных изменений к холоду.
Научная новизна.
Впервые представлены интегративные механизмы сезонных адаптивных изменений функциональных систем организма детей и взрослых, проживающих в климатических и социальных условиях Европейского Севера России. Установлено, что для начала формирования адаптивного функционального ответа со стороны систем дыхания и кровообращения холодовой фактор, действующий на организм человека, должен превысить определенный пороговый уровень на фоне измененного под влиянием светового режима Севера гормонального статуса. В начальный период холодного времени года в организме наблюдается функциональная недостаточность аэробного снабжения за счет снижения эффективности дыхания вследствие развертывания ответных реакций по типу «изоляционного пути», которые предохраняют внутреннюю среду от повреждающего влияния холодного воздуха. Впервые обнаружено, что длительное воздействие морозных погод формирует в организме интегральную функциональную систему, которая обеспечивает снижение порога включения механизмов терморегуляции, изменение механики внешнего дыхания и улучшение условий альвеолярного газообмена. При этом наблюдается повышение эффективности дыхания, возрастание уровня потребления кислорода, стабилизация физиологического ответа организма на физические нагрузки и уровня аэробной работоспособности человека.
Впервые доказано, что возрастная динамика показателей деятельности систем кровообращения и дыхания модулируется естественными сезонными циклами, при этом важнейшую роль играют ежегодные острые периоды акклиматизации в переходные сезоны года.
Анализ функционального состояния организма сельских и городских жителей и людей с разным уровнем повседневной двигательной активности показал существенное влияние социальных условий жизни на успешность адаптации человека к условиям Севера. Проживание в городских условиях, в сравнении с сельскими, замедляет развитие сезонных адаптивных изменений в дыхательной системе и ведет к увеличению функциональной нагрузки на сердечнососудистую систему. У горожан выявлены временной сдвиг в развитии естественной сезонной акклиматизации и нарушение адекватности реагирования дыхательной системы на нагрузки повышающейся мощности. Увеличение уровня повседневной двигательной активности и контролируемое увеличение контакта человека с внешней средой обладают тренирующим эффектом на системы кровообращения и дыхания и приводят к более быстрому развитию адаптивных изменений в организме.
Впервые установлено, что адаптация к условиям Севера дыхательной системы протекает более успешно, чем сердечно-сосудистой, которая часто является лимитирующим фактором полноценной жизни человека.
Впервые показано, что реакция систем кровообращения и дыхания на общее разовое действие отрицательных температур различается в разные сезоны года. При низкой отрицательной температуре наружного воздуха (ниже -25 °С) во время выполнении физических нагрузок резко снижает эффективность функционирования респираторной системы человека, что приводит к уменьшению уровня потребления кислорода. В этих условиях для обеспечения энергетических потребностей организма в большей мере используются анаэробные источники энергии, что приводит к замедлению процесса восстановления показателей деятельности дыхательной системы и усиленному выводу углекислого газа при реституции после нагрузки.
Научно-практическая значимость. Получены экспериментальные данные, дополняющие современные представления о динамике адаптивных перестроек в деятельности систем кровообращения и дыхания у человека на Севере, которые вносят вклад в теорию адаптации, экологическую и возрастную физиологию, могут быть использованы для установления физиологически обоснованного районирования северных территорий.
Создана компьютерная база данных показателей систем кровообращения и дыхания у детского и взрослого населения Севера (от 7 до 70 лет) в покое и при выполнении физических нагрузок, которая включает результаты более 3000 обследований в разные сезоны года практически здоровых людей с разным уровнем двигательной активности и проживающих в различных районах Севера. Полученная информация является основой для оценки состояния организма человека в условиях Севера и может быть использована при диспансерных обследованиях, при планировании мероприятий по сохранению здоровья, при разработке региональных программ физической культуры и здорового образа жизни.
Материалы и выводы исследования использованы при подготовке Указов Главы Республики Коми от 30 марта 1998 года № 121 "О Межведомственном координационном Совете при Главе Республики Коми по формированию государственной политики здорового раскрепощенного развития детей и подростков в Республике Коми" и от 17 апреля 1998 года № 150 по созданию межведомственного республиканского центра "Здоровое раскрепощенное развитие детей и подростков" при Министерстве образования и высшей школы Республики Коми (акт о внедрении № 01-14 от 02.07.98 г.). Результаты работы использованы Республиканским общественно-политическим объединением женщин в проекте «Мониторинг и защита прав женщин в Республике Коми» (акт о внедрении от 5 октября 2000 года).
Основные положения и выводы диссертации о функционировании систем кровообращения и дыхания у жителей Европейского Севера используются при чтении лекций по "Возрастной физиологии" в Сыктывкарском государст- ti венном университете (акт о внедрении от 10.01.1999 г.), Коми государственном педагогическом институте (акт о внедрении от 12.04.2004 г.) и могут быть включены в учебные программы ВУЗов и средних специальных учреждений по курсам "Возрастная физиология человека", "Экологии человека".
Основные положения, выносимые на защиту:
Функциональное состояние систем кровообращения и дыхания человека зависит от фазы ежегодных циклов естественной сезонной акклиматизации и температурных условий окружающей среды.
В начальном периоде развития физиологических адаптивных изменений к холодному времени года вдыхание морозного воздуха (ниже -25 °С) приводит к снижению аэробного снабжения, особенно при выполнении физических нагрузок, что является ведущим фактором, активирующим приспособительные перестройки в организме.
В переходные сезоны года (осень и весна) возрастает напряжение деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, уменьшаются их функциональные возможности. В начальный период адаптивных изменений к холодному сезону года (в октябре-ноябре) у жителей Европейского Севера снижены эффективность газообменных процессов, физическая работоспособность • (максимальное потребление кислорода и PWCno), увеличены систолическое артериальное давление и частота сердечных сокращений. В начальный период адаптивных изменений к теплому сезону года (в марте-апреле) у жителей Европейского Севера понижены ударный и минутный объемы крови, повышены диастолическое артериальное давление, минутный объем дыхания, дыхательный объем, потребление кислорода и выделение углекислого газа. На протяжении холодного периода года функциональные возможности респираторной Щ системы у жителей Севера постепенно возрастают, а сердечно-сосудистой снижаются. Возрастная динамика показателей деятельности систем кровообращения и дыхания у детей 7-16 лет модулируются циклами естественных сезонных адаптивных изменений и соотношением длительности теплого и холодного периодов года.
Для повышения функциональных резервов организма и обеспечения адекватной реакции физиологических систем организма на воздействие факторов внешней среды необходима оптимизация уровня двигательной активности человека на Севере.
Апробация работы. По результатам диссертационной работы представлено 20 научных докладов на международных конференциях, 46 докладов на Всесоюзных (Всероссийских) конференциях и 11 докладов на региональных конференциях. Наиболее важные из них представлены на: симпозиумах "Биологические проблемы Севера" (Петрозаводск, 1976; Кировск, 1979; Сыктывкар, 1981; Магадан, 1983 и Якутск, 1986), 9 Международном конгрессе по биометеорологии (Osnabruek, 1981); Международных симпозиумах по сравнительной электрокардиологии (Сыктывкар, 1979, 1993, 1997), VI Всесоюзной конференции по экологической физиологии (Сыктывкар, 1982), на Международных конгрессах по электрокардиологии (Budapest, 1989 и Сыктывкар, 1999), Второй Международной школе-семинаре «Экологические проблемы Европейского Севера» (Архангельск, 1992), Международной конференции по влиянию холода на человека (Oulu, 1995), Съездах физиологического общества им. И.П. Павлова (Ростов-на-Дону, 1998; Казань, 2001 и Екатеринбург, 2004), Международном конгрессе по приполярной медицине (Harstad, 2000).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 137 работ, включая 40 статей (из них 20 статей в рецензируемых журналах и 8 статей в зарубежных изданиях), десять докладов в сериях: «Научные доклады», «Научім ные рекомендации народному хозяйству», «Новые научные методики» и «Автоматизация научных исследований» и патент на изобретение.
Автор выражает признательность научному консультанту академику М.П. Рощевскому за ценные советы и консультации. Автор благодарит за помощь в проведении исследований всех сотрудников лаборатории экологической и социальной физиологии человека Института физиологии Коми НЦ УрО РАН.
Эколого-физиологическая характеристика состояния сердечно-сосудистой системы у жителей Севера
Сердечно-сосудистая система организма особенно чувствительна к влиянию внешней среды (Алымкулов, Серохвостов, 1983). Ее деятельность часто становится фактором, лимитирующим развитие приспособительных реакций организма в процессе его адаптации (Тупицын, 1985; Грибанов, 1991).
Возрастные изменения в организме человека могут быть разделены на два периода - восходящего и нисходящего развития. Первый период заканчивается при достижении полной зрелости организма, второй начинается в 30-35 лет (Чеботарев, 1982). При увеличении возраста обнаружены (Чеботарев, 1982) изменения в различных звеньях энергетических процессов и сдвиги в нейрогу-моральной регуляции. С возрастом меняется возбудимость гипоталамуса, ге-модинамического центра продолговатого мозга, ослаблены нервные влияния на сердце и сосуды, повышается их чувствительность к гуморальным факторам, уменьшается синтез медиаторов - ацетилхолина и адреналина (Чеботарев, 1982). С возрастом усиливаются холинергические влияния на сердечнососудистую систему (Калюжная, 1973), происходит смещение баланса нервного контроля в сторону адренергических реакций (Фролькис, 1991). В конечном итоге возрастные изменения нейрогуморальной регуляции сокращают надежность гомеостаза (Фролькис и др., 1991).
При увеличении возраста повышается чувствительность сердца к ряду гормонов: адреналину, вазопрессину, инсулину, эстрадиолу дипропионату, тироксину. Вместе с тем реакционная способность сердца к действию гормонов в старости снижается, что ведет к сокращению диапазона реакций сердечнососудистой системы, они принимают длительный, затяжной характер (Фроль 17 кис и др., 1978). На основании проведенных нейрогистохимических и клини ко-функциональных исследований у 43 здоровых испытуемых (от 18 лет до 71 года) показано (Швалев, Тарский, 2001), что с четвертого десятилетия жизни процесс управления сердца посредством нервных структур постепенно заменяется менее специфичным и избирательным - гуморальным регулированием.
Формирование структурных и функциональных свойств организма в онтогенезе зависит от физического развития человека. Размеры сердца, уровни артериального давления, ударного и минутного объемов крови, периферического кровообращения определяются степенью физического развития детей. Отмечена тесная взаимосвязь размеров всех структур сердца, объемных фракций полости левого желудочка с весом тела испытуемого (Карпман и др., 1988). Положительная корреляция параметров физического развития выявлена: для детей 7-9 лет с тонусом сосудов, для мальчиков 7-13 лет с длительностью сердечного цикла, для девочек 10-16 лет - с ударным и минутным объемами сердца, для девочек 7-16 лет и мальчиков 14-16 лет - с артериальным давлением (Береснев, 1995). Показатели центральной гемодинамики у мальчиков в большинстве возрастных групп выше, чем у девочек, но дефинитивного уровня по большинству параметров центрального кровообращения девочки достигают раньше (Тупицын, 1985).
В процессе развития и формирования сердечно-сосудистой системы прослеживается определенная гетерохрония. До 6-7 лет у детей рост сердца отстает от роста кровеносных сосудов, а в последующие периоды, особенно во время полового созревания, рост сердца опережает рост кровеносных сосудов. Это отражается на величине артериального давления, иногда наблюдается так называемая юношеская гипертония, когда нагнетательная сила сердца встречает сопротивление со стороны относительно узких кровеносных сосудов.
Этап развития сердечно-сосудистой системы у детей с 8-9 до 11-12 лет характеризуется нарастанием показателей центральной гемодинамики, снижением интенсивности периферического кровообращения. С 11-12 до 14-15 лет происходит относительная стабилизация параметров центральной гемодинамики, увеличивается периферический кровоток и реактивность центрального звена. В период полового созревания у детей возможны отклонения от оптимального соотношения между показателями центральной гемодинамики: артериальным давлением, сердечным выбросом и периферическим сопротивлением (Тупицын, 1985).
Систолическое и диастолическое артериальное давление закономерно увеличивается с возрастом, параллельно с нарастанием продольных размеров и массы тела (Bueno et al., 1990; Adams-Campbell et al., 1992). У детей от 6 до 11 лет выявлено наличие связи уровня АД с ростом и массой тела, скелетным возрастом, толщиной кожных складок (Harlan et al., 1979). Артериальное давление у школьников от 7 до 15 лет возрастает: от 87-103/48-60 до 100-118/58-72 (Сту-деникин, Абдуллаев, 1973); от 98-102/57-60 мм рт.ст. до 108-112/61 мм рт.ст (Мелехова, 1975); от 104/64-70 мм рт.ст. до 122/70-76 мм рт.ст. (Uhari, 1980). У японских школьников от 6 к 14 годам систолическое давление увеличивается на 21% для мальчиков (от 89 до 108 мм рт.ст.) и на 16 % для девочек (от 88 до 102 мм рт.ст.), а диастолическое давление на 24-30% и 21-28% соответственно (Fukushige et al., 1995). Выраженное увеличение систолического артериального давления отмечают у мальчиков в возрасте 9-10 лет, у девочек - в 13-14 лет, а резкий подъем диастолического давления - в 10-11 и 9-10 лет у мальчиков и девочек соответственно (Слатин, 1975). Преимущественный подъем максимального артериального давления зарегистрирован в период от 12 к 14 и от 15 к 17 годам, у девочек возрастная динамика показателя более сглажена, чем у мальчиков (Тупицын, Князева, 1988). У юношей артериальное давление повышается интенсивнее, чем у девушек (Cornoni-Huntley et al., 1979). Диастолическое артериальное давление наиболее интенсивно увеличивается у подростков от 15 к 17 годам и достигает у мальчиков 63.4+2.1 мм рт.ст., а у девочек -58.4+0.35 мм рт.ст. Среднее артериальное давление наиболее значимо нарастает у мальчиков в период от 12 к 14 годам (у девочек - в 10-11 лет), а за период от 15 до 17 лет оно поднимается до уровня, характерного для взрослых людей (Тупицын, 1985; Тупицын, Князева, 1988). Среднее давление у детей в возрасте от 7 до 13 лет постепенно нарастает с 70-72 до 81-83 мм рт.ст., достигая уровня, свойственного взрослым (Рапопорт, 1979). Отмечено, что АД у мальчиков от 3 до 17 лет может быть как выше (Балашева, Сухова, 1983), так и ниже (Арипов, Мирзаев, 1982), чем у девочек. Уровень систолического АД после 13 лет у мальчиков выше, чем у девочек, и эти различия растут с возрастом, а диа-столическое давление у девочек с 11 до 16 лет выше, чем у мальчиков (Wilton, 1983). Величина среднего артериального давления у мальчиков на несколько мм рт.ст. выше, чем у девочек (Рапопорт, 1979), у девушек в 15-17 лет ниже, чем у юношей (Hofman et al., 1982; Тупицын, Князева, 1988).
Программное обеспечение для формирования и анализа баз данных
Микро-ЭВМ линии DEC, входящая в состав системы СОФИД, была соединена с мини-ЭВМ типа JBM PC/AT, в которую передавали исходные полученные физиологические показатели. Программа формирования баз данных написана на языке Паскаль. В базе данных блок исходных значений, полученных в результате одного эксперимента, представлял собой файловую компоненту типа запись, состоящую из трех полей. Первое информационное поле содержало данные анкетного характера: фамилию, имя, отчество; номер обследования; имя первичного файла; место работы; поле возможных ошибок эксперимента; дату обследования; атмосферное давление в день обследования; число данных по отдельным этапам эксперимента; длительность отдельных фаз обследования; антропофизиометриче-ские показатели: вес, рост, относительную массу жира, окружность живота, диаметр таза, величины кожных складок трицепса, лопатки, бедра и надгребешковой, индекс упитанности, жизненную емкость легких, силу правой и левой кисти, становую силу, статическую выносливость, поверхность тела; социальный статус и условия проведения эксперимента: профессию (три градации тяжести труда по основной профессии), северный стаж, стаж по профессии, предысторию проживания (три градации: юг, средняя полоса, север), предысторию работы (три градации тяжести труда), повторность обследования, условия обследования (тепло или холод), специфику профессии (кодовые значения отдельных групп-профессий). Следующий блок содержал данные о мощности выполненных в процессе эксперимента нагрузок. В последний блок заносились данные по физической работоспособности испытуемых - МПК, PWCno (150-ізоХ ВПюо; характеристики уравнений регрессии между ЧСС и N, ЧСС и ПК, ПК и N.
Второе поле - поле результатов, включало 7 показателей по каждому дыхательному циклу: время начала цикла, время конца цикла, среднюю ЧСС за цикл, стандартное отклонение ЧСС, КИОг, %СС 2 в выдыхаемом воздухе и средний МОД за данный цикл. Всего в блоке может быть заполнено 450 циклов. Третье поле содержало данные температуры в семи точках на разных участках тела человека (стопа, голень, бедро, кисть, предплечье, плечо, грудь) и в под-одежном пространстве. Всего могло быть заполнено 50 значений поля температур. Для базы данных разработаны программа обработки данных и заполнения базы результатов. В результате работы по программе обработки данных, создавалась расчетная база результатов, состоящая из четырех файловых переменных типа запись, состоявших из десяти полей. Первое информационное поле оставалось таким же, как и в базе данных (содержало данные анкетного характера). Последующие поля содержали расчетные значения для покоя лежа, для покоя на холоде, по каждой минуте для всех нагрузок и восстановлений. Значения УО вычислялись по формуле Старра (Stan", 1954). Кроме этого для каждой нагрузки определялись показатели скорости врабатывания для ЧСС, ПК и МОД: То.5, коэффициенты вра-батывания за 10, 30 и 60 с (отношение прироста показателя за данный отрезок времени к требуемому приросту при выполнении этой нагрузки). Вычисляли значения пульсового и кислородного долга за период врабатывания и коэффициенты полезного действия (КПД) брутто (общий уровень энергозатрат к полезной работе) и нетто (прирост энергообмена над уровнем покоя к полезной работе). Для процесса восстановления также определяли показатели скорости переходных процессов для ЧСС, ПК и МОД (Т0 5, коэффициенты восстановления за 10, 30, 60, 120 и 300 с) и избыточное пульсовое и кислородное обеспечение над уровнем покоя за период восстановления. Для обслуживания баз данных и результатов разработаны программы статистического анализа динамики показателей на протяжении всего эксперимента и выборок данных. Статистические программы включали сортировку отдельных экспериментов по задаваемым признакам (месяцу обследования, профессии, возрасту, виду обследования, северному стажу, стажу по профессии, предыстории проживания, условию обследования, специфике профессии, полу, физиологическим показателям и т.д.). Программа анализа динамики позволяла для всех или выборочных показателей рассчитывать средние значения, стандартные отклонения от средних и количество членов в каждые 5 секунд для первых двух минут и за каждые 30 сек для последующих минут каждой нагрузки и восстановления. Программа обеспечивает графический вывод динамики показателей на экран дисплея или принтер (см. рис. 6 и 7). Для анализа переходных процессов физиологических показателей разработана программа аппроксимации данных экспоненциальными зависимостями с поиском оптимальных временных периодов для данной функции (Евдокимов, Храмова, 1992). Статистическая программа для базы результатов обеспечивала: расчет средних значений показателей, их стандартных отклонений, количества членов; проверку на выбросы ошибочных данных (при значениях, отличающихся от средних значений больше, чем на два стандартных отклонения от среднего); статистическое сравнение двух выборок по Т-критерию Стьюдента; однофакторный дисперсионный анализ и двухфакторный дисперсионный анализ по общепринятым схемам (Плохинский, 1970). Графическая подпрограмма позволяла получать графики распределения показателей в отдельных градациях анализируемых факторов и вывод средних значений. Вторая программа рассчитывала парные корреляции между всеми (или выборочными) показателями, находила максимальный корреляционный путь, рассчитывала коэффициенты для прямого и обратного уравнений регрессии. Графическая подпрограмма обеспечивала вывод распределения исходных вариант и графический вывод решений уравнений регрессии. Данная установка эксплуатируется в лаборатории с 1986 года. Она использовалась как в лабораторных, модельных исследованиях для анализа влияния температуры окружающего воздуха в климатической камере на показатели деятельности систем кровообращения и дыхания и на температурное поле на поверхности тела человека (Евдокимов, Овсов, 1992), для оценки состояния организма после работы в средствах защиты органов дыхания (Евдокимов, и др., 1991), для определения протекторного действия на организм криопорошков из естественных адап-тогенов, так и в экспедиционных выездах для массового обследования населения северных регионов.
Возрастная динамика показателей деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем и физической работоспособности у школьников
У мальчиков из северных и южных районов республики Коми КП до 12 лет не различался. С 11 до 16 лет мальчики из ЮРК имели самые низкие значения КП. Наиболее высокий КП с 10 до 13 лет зарегистрировали у мальчиков с ВДА, а с 14 до 16 - у мальчиков из северных районов. Среди обследованных девочек самые высокие значения КП выявлены у учениц с ВДА с 8 до 15 лет, а самые низкие - у школьниц из СРК (за исключением периода с 12 до 14 лет).
Минутный объем дыхания (МОД). У детей из СРК МОД, увеличиваясь с возрастом (у мальчиков с 7 и у девочек с 10 лет), наибольших значений достигал в 14 лет (9.2 л/мин и 7.5 л/мин соответственно), и к 16-ти годам МОД у детей снижался на 1 л/мин (периоды достоверного увеличения легочной вентиляции зарегистрировали у мальчиков с 13 до 14 лет, а у девочек от 10 к 14 годам) (Евдокимов и др., 1999). В южных районах республики МОД максимальный у мальчиков в 8-10 лет, а у девочек в 9 лет (достоверное повышение с 7 до 8 лет). Достоверное снижение МОД зарегистрировано у мальчиков с 10 до 11 лет, у девочек - с 9 до 11 лет. Существенное увеличение легочной вентиляции выявлено в 16 лет (у девочек с 14, у мальчиков с 15 лет). У всех детей с ВДА достоверный прирост вентиляции легких за год обнаружен только в возрасте от 12 до 13 лет.
Уровень легочной вентиляции у мальчиков выше, чем у девочек: из СРК в 13 (РО.05), 14-16 лет (РО.01), из ЮРК - в 10 и 14 лет (РО.05), а у мальчиков с ВДА - в 8 (Р 0.05) и 14-16 лет (РО.01). Только у девочек в ЮРК в 12 лет уровень МОД был выше, чем у их сверстников (Р 0.05).
Возрастная динамика МОД у мальчиков из СРК и с ВДА практически идентична. У мальчиков из ЮРК республики МОД до 10 лет выше (достоверно в 7 и 8 лет), а с 11 до 15 - ниже (достоверно в 13-15 лет), чем у их сверстников из северных районов Республики Коми и мальчиков с ВДА. У девочек из ЮРК до 10 лет и в 16 лет МОД выше, а в 14 лет - ниже, чем у остальных ровесниц. У учениц с высоким уровнем двигательной активности и у девочек из северных районов Коми Республики, величины МОД с 7 до 15 лет достоверно не различались между собой. У девушек 16-ти лет из СРК МОД минимальный среди всех обследованных сверстниц.
Дыхательный объем (ДО). В северных районах республики в возрастной динамике величины ДО достоверный прирост показателя наблюдали у мальчиков с 11 до 13 лет (Евдокимов и др., 1999). У девочек до 11 лет глубина дыхания значительно не изменялась и увеличивалась с 11 до 12 лет. Повышение ДО у мальчиков из ЮРК зарегистрировано с 7 до 9 лет, с12до13ис15до16 лет, а у мальчиков с высоким уровнем двигательной активности -с9до 10, с 12 до 13 ис 14 до 15 лет. Достоверное увеличение ДО у девочек из ЮРК выявлено с 12 до 14 и с 15 до 16 лет, а у учениц с высоким уровнем двигательной активности с 10 до 11 и с 12 до 14 лет. У детей с В ДА выявлено снижение ДО с 15 до 16 лет, у мальчиков также - с 8 до 9 лет. В южных районах Республики Коми ДО у школьников достоверно уменьшался с 10 до 11 лет, а у школьниц - с 11 до 12 лет.
У всех мальчиков в ЮРК и с ВДА в 8-10 лет (Р 0.05,0.01), а у учеников из ЮРК и в 13 лет (Р 0.01), зарегистрировано более глубокое дыхание, чем у их ровесниц-девочек. В северных районах республики ДО у мальчиков больше в 10-11 (Р 0.05,0.01) и 13 лет (РО.05). У 15-16-летних мальчиков из всех трех выборок величины ДО больше, чем у сверстниц (РО.01).
В северных районах Республики Коми у школьников в 12 и 14 лет дыхание наиболее глубокое, в сравнение с остальными обследованными мальчиками и девочками того же возраста. В интернате у учениц в 7-8 лет и учеников в 9, 10 и 16 лет дыхательный объем наименьший.
Частота дыхания (ЧД). Достоверное снижение ЧД зарегистрировали у мальчиков из СРК от 12 до 13 лет, из ЮРК - от 7 до 9, с 12 до 13 и с 14 до 16 лет, с ВДА -с 11 до 12 и с 14 до 15 лет (Евдокимов и др., 1999). У девочек из северных районов Республики ЧД уменьшалась с 12 до 14 лет, из общеобразовательной школы -с 10 до 11 ис 13 до 14 лет, из агрошколы-интерната с 7 до 8, с 11 до 12 и
с 13 до 14 лет. Достоверное увеличение ЧД обнаружено у детей г.Сыктывкара: у девочек с 8 до 9, и с 15 до 16 лет (из ЮРК - также с 11 до 12 лет), у мальчиков -только у воспитанников интерната с8до9ис10до11 лет.
Частота дыхания у мальчиков на севере ниже, чем у девочек, в 13 лет (РО.05); в школе - в 9-Ю, 12-13, 15-16 лет (Р 0.01); в интернате - в 9 (Р 0.01) и 16 лет (РО.05). Только в интернате с 12 до 14 лет (Р 0.05,0.01) и в общеобразовательной школе в 7 лет (Р 0.01) ЧД у мальчиков больше.
Показана тенденция к более редкому дыханию у детей из северных районов (достоверно у девочек в 9 и 16 лет), и к наибольшей частоте дыхания у воспитанников интерната (достоверно у девочек в 11 лет и у мальчиков в 9-14 и 16 лет).
Возрастное увеличение МОД у детей в условиях Севера может происходить за счет повышения ДО и снижения ЧД (рис. 4А), за счет ДО без изменения ЧД (рис. 4С) и за счет возрастания обоих показателей (рис. 4В).
Потребление кислорода (ПК). У всех обследованных детей уровень ПК повышался по мере взросления организма. Увеличение ПК отметили у мальчиков из СРК с9до Юис 12 до 14 лет, а у девочек - с 9 до 12 лет (Евдокимов и др., 1999). У детей в южных районах республики величина ПК возрастала: у мальчиков с 7 до 8, с 13 до 14 и с 15 до 16 лет, а у девочек - с 7 до 9 и с 14 до 16 лет. Снижение уровня ПК выявили у девочек в ЮРК с 9 до 10 лет. Достоверное повышение уровня ПК у мальчиков с высоким уровнем двигательной активности зарегистрировали с 8 до 10 и с 12 до 13 лет, у девочек - с 10 до 11 и с 12 до 13 лет.
Возрастные и сезонные изменения показателей деятельности дыхательной системы у детей
В большинстве случаев минутный объем дыхания (МОД) и дыхательный объем (ДО) у мальчиков больше, чем у девочек, что соответствует норме (Даценко, Бук, 1987).
Прирост с возрастом показателей внешнего дыхания (МОД и ДО) зависит от увеличения размеров грудной клетки и легочных структур. Обнаруженное нами возрастание легочной вентиляции у детей восьми - десяти лет, вероятно, связано с интенсификацией ростовых процессов в этом периоде (Хрипкова, 1978). У детей в северных районах Республики Коми достоверных ежегодных изменений параметров внешнего дыхания до 11 лет не обнаружено. У мальчиков в Эстонии (Kivastik,
Kingisepp, 1995) резкое увеличение легочных показателей отмечено в 13-15 лет, а у девочек в 11-13 лет. От 13 до 16 лет у девочек выявлена лишь тенденцию, а у мальчиков - достоверное повышение МОД (Ерикова, Михеев, 1986). В условиях Сыктывкара у младших школьников выявлено повышение МОД, которое у девочек обеспечивается увеличением частоты, а у мальчиков, прежде всего - глубины дыхания. Сходное повышение уровня легочной вентиляции у мальчиков в младшем школьном возрасте отмечено также А.Г. Сухаревым (1991), причем это происходит за счет увеличения дыхательного объема. Обнаруженное нами снижение ДО и МОД в 11-12 лет у школьников в южных районах Республики Коми выявлено также у детей, проживающих в средней полосе страны (Сухарев, 1991). Уменьшение ДО и МОД у детей в 11-12 лет, вероятно, связано с интенсивным увеличением грудной клетки и временным отставанием развития дыхательной мускулатуры, причем у мальчиков этот процесс происходит на год раньше (в 12 лет), чем у девочек. Последующее увеличение минутной вентиляции легких с возрастом у мальчиков из южных районов Республики Коми наблюдается на два года раньше (с 12 лет), чем у девочек.
Дальнейшее повышение МОД обеспечивается у обследованных нами детей тремя механизмами: - у всех школьников из северных районов Республики Коми и у мальчиков из южных - за счет увеличения ДО и снижения ЧД. Данный механизм обусловлен, прежде всего, влиянием климатических факторов, так как создает наиболее благоприятные условия газообмена при воздействии низкой окружающей температуры благодаря более длительному нахождению воздуха в альвеолярном пространстве. При дыхании низкотемпературным воздухом (от - 30 до - 47С) только у адаптированных к условиям Севера взрослых жителей уровень МОД увеличивается за счет повышения дыхательного объема (Шишкин и др., 1995). У неадаптированных людей в этих условиях снижаются как МОД, так и ДО. В северных районах Республики Коми этот механизм увеличения легочной вентиляции действует наиболее сильно, поэтому в этом районе у детей ДО выше, а ЧД - ниже, в сравнение со сверстниками из южных районов Республики Коми; - у девочек из южных районов Республики Коми и учениц, имеющих высокий уровень двигательной активности, за счет прироста ДО и ЧД, как показано, например, у школьниц из других климатических регионов (Ерикова, Михеев, 1986). - у мальчиков с повышенным уровнем двигательной активности - только за счет повышения ДО, то есть регулярные физические упражнения в первую очередь увеличивали глубину дыхания, как показано Sherphard R.J. и Lavallee Н. (1996) у детей 7-12 лет; Уровень легочной вентиляции, определенный нами у детей 7-16 лет, меньше, чем МОД по данным одних исследователей (Ерикова, Михеев, 1986; Даценко, Бук, 1987), или существенно превышает значения этого показателя, представленные другими авторами (Колчинская, 1973; Кузнецова, Назарова, 1976; Аджимола-ев и др., 1989). Сходные результаты получены И.И.Шмыковым и Ю.М.Перельманом (1990), которые отметили, что у детей, проживающих в условиях Севера, становление функции внешнего дыхания характеризуется гипервентиляцией во все возрастные периоды с сохранением нормальных вентиляционно-перфузионных отношений. У всех обследованных нами девочек и у мальчиков из южных районов Республики Коми до 10 лет МОД выше, а с 12 лет - ниже, чем у их ровесников из Новосибирска (Власов, Окунева, 1983) и Петропавловска (Паль-нау, 1978). Только у мальчиков 7-14 лет из северных районов Республики Коми и школьников с ВДА МОД не отличается от минутной вентиляции у сверстников в Петропавловске (Пальнау, 1978). Для жителей Севера характерен гипервентиляционный синдром (Авцын, Марачев, 1975; Авцын, Милованов, 1982; Агаджанян и др., 1987; Рощевский и др., 1995; Теддер и др., 1997). Увеличение МОД выявлено также у детей на Европейском Севере (Теддер и др., 1997). Повышение МОД приводит к возрастанию энергозатрат, так как энергетическая стоимость каждого литра вентилируемого воздуха равна 0,13 ккал. Повышение энергозатрат в условиях покоя отражает нарушение принципа экономизации функции и косвенно может указывать на потерю резерва организма и уменьшение способности к совершению работы (Гудков, Лабу-тин, 2000). У мальчиков в северных районах Республики Коми возрастное увеличение МОД составило 56% и после 11 лет МОД у них выше, чем у учащихся из общеобразовательной школы, у которых возрастные изменения показателя в два раза меньше. Увеличение МОД с возрастом у девочек из северных и южных районов Республики Коми одинаково (27%). То есть на Севере разница географической широты в 5 градусов только у мальчиков оказывала существенное влияние на возрастное увеличение вентиляторной функции.
Мальчики из северных районов имели наибольшую глубину и наименьшую частоту дыхания. Возрастное изменение ДО у них составило 80%, а ЧД - 29%, в то время как у мальчиков в Сыктывкаре ДО возрос только на 59%, а ЧД понизилась на 38%. Величины дыхательного объема у всех обследованных нами детей превышали данные литературы (Шалков, 1957; Cook, 1959; Кузнецова, Назарова, 1976), но практически совпадали с таковыми из монографий А.З.Колчинской (1973) и Ю.А.Власова, Г.Н.Окуневой (1983). Частота дыханий у детей из северных и южных районов Республики Коми ниже, чем у новосибирских и московских учащихся (Кузнецова, Назарова, 1976; Власов, Окунева, 1983), а с 11 лет - превышает данные из монографии А.З.Колчинской (1973).
