Введение к работе
Актуальность. Рост и развитие детского организма на фоне политического и социально-экономического обустройства России в последние годы подвержены влиянию множества факторов, способствующих значительным изменениям процессов онтогенетической адаптации и морфологического развития ребенка [Н.Е. Миронов, 1998; А.А. Александров, В.Б. Розанов, 1998; Т.И. Стуколова, 1999; М.В. Антропова с соавт., 2000; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005; Ю.А. Ямпольская, 2005; Сауткин М.Ф., 2006 и др.]. Среди наиболее важных факторов, оказывающих отрицательное влияние на психофизическое развитие ребенка, в первую очередь необходимо отметить неблагоприятную экологическую ситуацию, особенно в крупных городах [А.А. Баранов, 1994; 1998; И.О. Тупицын с соавт., 1994; О.В. Мелкадзе, 2002; М.М. Садыков, 2007; Солонин Ю.Г., 2008], неадекватные учебные нагрузки [Н.К. Перевощикова, 1997; Н.Б. Семенова, 1999; Э.Я. Мингазова с соавт., 2004; И.А. Криволапчук, 2008; О.В. Кудряшкина, 2009; Н.Б. Панкова, 2009], а также низкую двигательную активность [А.Г. Сухарев, 1991; Г.И. Тимощук с соавт., 1995; Л.Е. Любомирский с соавт., 1997; Е.В. Быков, 2002; 2005]. Опосредованно, но не менее значимо, на структуру детского здоровья в нашей стране влияют так же затянувшиеся политические и экономические преобразования [Г.Г. Онищенко, 2001; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005; Ю.Е. Лапин, 2006; Г.М. Зараковский, 2007].
Несомненно, в последнее время наблюдается увеличение количества исследований, направленных как на изучение морфофункционального состояния и уровня здоровья детского населения, так и разработку и внедрение различных форм оздоровления [С.Г. Устюжанин, 2003; Д.З. Шибкова, 2003; Д.Д. Панков, 2008, О.Г. Литовченко, 2009 и др.]. Тем не менее негативные тенденции в состоянии здоровья приобрели устойчивый характер и стали еще более очевидными, что косвенно обусловлено крайне незначительным количеством фундаментальных исследований, направленных на изучение общих закономерностей роста и развития в постнатальном онтогенезе, критериев здоровья и возрастных норм функционирования систем организма. При этом очевидно, что недостаточно работ, связанных с исследованиями механизмов адаптации, внутрисистемной и межсистемной регуляции жизненно важных функций организма детей [Г.Г. Онищенко, 2001; Методические рекомендации, 2002; А.Г. Щедрина, 2003; А.А. Баранов, 2005; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005].
С другой стороны подавляющее большинство исследований возрастной физиологии связаны с изучением состояния здоровья и развития детей, проживающих в условиях города, с акцентом на период учебных нагрузок. При этом практически без внимания остаются дети, проживающие в сельской местности. Очевидно, что внешняя среда, безусловно влияющая на развитие детей, на селе и в городе значительно отличается, в первую очередь это касается особенностей экологии проживания, уровня информационных нагрузок, гигиенического воспитания. Однако, существующие исследования сельских детей немногочисленны, в основном, связаны с изучением уровня здоровья, без интегральной оценки их морфофункционального состояния и развития. В настоящее время практически отсутствуют исследования связанные с анализом физиолого-демографических особенностей здоровых детей проживающих в условиях города и села. Кроме того, до сих пор отсутствуют фундаментальные исследования, позволяющие провести не только интегральную оценку функционального состояния сельских детей, но и особенностей онтогенетической адаптации основных функциональных систем, а также уровней и механизмов их регуляции. В результате невозможно адекватно оценить современное состояние здоровья и морфофункциональное развитие сельских детей и обосновать необходимость и направленность в системе их оздоровления. Также необходимо отметить, что в доступной нам литературе мы не обнаружили исследований с использованием анализа медленноволновой вариабельности комплекса показателей кровообращения у сельских детей, которые, по мнению многих авторов [Р.М. Баевский, 2002; А.А. Астахов, 2000; С.А. Котельников с соавт., 2002; М Malik, 1998 и др.], являются достоверными маркерами активности уровней регуляции. Именно спектральный анализ вариабельности показателей кровообращения позволяет неинвазивным путем изучать онтогенетические особенности нейрогуморальных адаптивных процессов у детей [Е.В. Быков, 2002; А.Р. Сабирьянов, 2004].
Таким образом, в настоящее время, несмотря на социальные, экологические и психофизические различия условий развития сельских и городских детей, отсутствует объективная и научно обоснованная оценка влияния внешнесредовых факторов на функциональное развитие и онтогенетическую адаптацию детей проживающих в сельской местности.
Учитывая вышесказанное, была поставлена цель исследований: установить закономерности онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у сельских и городских детей школьного возраста, проживающих на Южном Урале.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Оценить функциональное состояние центрального и периферического кровообращения сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села;
2. Выявить различия деятельности сердечно-сосудистой системы и морфометрических характеристик в зависимости от типа кровообращения детей;
3. Выявить различия и общие закономерности медленноволновой вариабельности показателей сердечно-сосудистой системы и их возрастной динамики у детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села;
4. Провести системный анализ медленноволновой вариабельности показателей кровообращения, как проявлений активности уровней регуляции гемодинамики, и установить их взаимосвязь с функциональным состоянием сельских и городских детей школьного возраста;
5. Установить особенности ортостатической реакции показателей центрального и периферического кровообращения, а также различия изменений их медленноволновой вариабельности у сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста;
6. Выявить различия в изменениях показателей кровообращения в активном ортостазе в зависимости от типа реакции частоты сердцебиений, минутного объема кровообращения и среднединамического давления обследованных детей;
7. Определить степень вклада уровней регуляции сердечно-сосудистой системы в поддержание адекватного минутного объема кровообращения и среднединамического давления в активном ортостатическом положении у сельских и городских детей школьного возраста;
8. Выявить различия и общие закономерности механизмов онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей школьного возраста, проживающих в условиях села и города.
Научная новизна работы. Впервые проведен анализ физиолого-демографических особенностей развития и функционального состояния сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции у сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих на Южном Урале. Установлены различия и общие закономерности онтогенетической адаптации кровообращения и системы ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей школьного возраста, проживающих в условиях села и города:
- впервые показано, что характерные особенности процессов адаптации сердечно-сосудистой системы к условиям проживания в сельской местности проявляются реакцией артериального давления (в частности, показатели диастолического артериального давления сельских девочек выше, чем у городских сверстниц на 10,8% в младшем школьном возрасте и на 10,2% - в старшем) и периферического кровообращения - прирост к старшему школьному возрасту у сельских детей составил 20,7% у мальчиков и 40,2% у девочек;
- установлено, что различия функционального состояния центрального кровообращения сельских и городских детей проявляются в старшем школьном возрасте и характеризуются более высоким уровнем венозного возврата (на 31,5% у девочек и на 25,5% у мальчиков) и частоты сердцебиений (на 8,4% у девочек и 5,4% у мальчиков) у сельских детей;
- показано, что для большинства (48,4%) обследованных детей независимо от условий проживания в старшем школьном возрасте характерен гипокинетический тип кровообращения по сердечному индексу; у сельских девочек установлена достоверная взаимосвязь типа кровообращения и возрастной динамики сердечного индекса с индексом Эрисмана;
- установлена обратно пропорциональная зависимость общего периферического сопротивления сосудов от типа кровообращения, а также возрастно-половые особенности взаимосвязи показателей артериального давления и периферического кровообращения с типами гемодинамики.
Впервые, на основании анализа медленноволновых колебаний комплекса показателей центрального кровообращения показано, что у сельских детей младшего школьного возраста регуляция сердечной деятельности, в целом, осуществляется равнозначным участием отделов вегетативной нервной системы, тогда как у городских – наблюдается более высокая активность парасимпатической нервной системы. Выявлены качественные изменения регуляции кардиогемодинамики к старшему школьному возрасту у мальчиков, которые проявляются ростом общей вариабельности минутного объема кровообращения, на фоне более выраженного увеличения доли надсегментарных влияний у сельских мальчиков. По результатам спектрального анализа установлено повышение доли надсегментарных влияний на ритм сердца и общей вариабельности фракции выброса к старшему школьному возрасту у сельских детей, тогда как у городских детей наблюдается увеличение влияний вегетативной нервной системы, на фоне разнонаправленных изменений в диапазонах спектра фракции выброса.
Исследованиями установлено, что более высокие показатели артериального давления у сельских детей не сопровождаются особенностями медленноволновых колебаний. При этом возрастная динамика активности системы регуляции артериального давления характеризуется снижением общей вариабельности артериального давления к старшему школьному возрасту у девочек, а у мальчиков - снижением надсегментарных влияний у сельских и симпатических - у городских. У сельских мальчиков изменения амплитуды пульсации пальца кисти к старшему школьному возрасту сопровождаются увеличением доли очень низкочастотных колебаний, тесно связанных с метаболическими факторами регуляции, а у городских - всех низкочастотных диапазонов.
Впервые показано, что различия функциональной структуры регуляции кровообращения, в целом, у сельских и городских детей проявляются в старшем школьном возрасте, что является результатом начала пубертатных нейроэндокринных изменений и различиями процессов онтогенетической адаптации сельских и городских детей.
Исследованиями установлено, что при переходе в активное ортостатическое положение наблюдаются физиолого-демографические различия, которые проявляются в младшем школьном возрасте стабильностью артериального давления у сельских и повышением показателей артериального давления у городских детей; в обеих возрастных группах уровень неблагоприятных реакций у городских детей выше, чем у сельских (в частности, разница количества гипертонических реакций диастолического артериального давления у мальчиков младшего школьного возраста составила 26,4%, а девочек того же возраста – 18,1%; у детей старшего школьного возраста разница составила 7,1% и 36,8%, соответственно); медленноволновые колебания периферического кровообращения в активном ортостазе у сельских детей младшего школьного возраста отличаются относительной стабильностью, тогда как у городских - уменьшением доли очень низкочастотных колебаний; у сельских девочек обеих возрастных групп в активном ортоположении выявляется увеличение влияний вегетативной нервной системы на артериальное давление, тогда как у остальных детей рост как сегментарных, так и надсегментарных влияний на показатель.
Впервые выявлены закономерности изменений показателей сердечно-сосудистой системы, в зависимости от типа реакции на активный ортостаз частоты сердцебиений, минутного объема кровообращения и диастолического артериального давления у детей проживающих в условиях города и села. В частности установлено, что гиперкинетическая реакция частоты сердцебиений у сельских детей старшего школьного возраста взаимосвязана с более высоким уровнем толерантности к гипоксии.
Показано, что для городских детей старшего школьного возраста увеличение минутного объема кровообращения в активном ортостазе взаимосвязано с ростом и уровнем толерантности к гипоксии. Выявлено, что при гипертонической реакции диастолического артериального давления в активном ортостазе у большинства обследованных детей наблюдаются более низкие значения показателя в положении лежа (в частности, у детей младшего школьного возраста, с гипертонической реакцией показателя в активном ортостазе в положении лежа диастолическое артериальное давление, среднем, на 7,8% ниже, чем у сверстников с нормотонической реакцией и на 13,9%, чем у сверстников с гипотонической реакцией), с более выраженным снижением ударного (на 6,0% у девочек и 16,8% у мальчиков) и минутного (на 10,3% у девочек и 21,3% у мальчиков) объема кровообращения у сельских детей в младшем школьном возрасте.
Представлены результаты множественной регрессии минутного объема кровообращения и среднединамического давления с характеристиками вариабельности основных показателей центрального и периферического кровообращения в положении лежа и активного ортостаза, что формирует представление об общности регуляторных механизмов данных показателей.
Теоретическая и практическая значимость. На основании анализа комплекса показателей сердечно-сосудистой системы, оценки медленноволновой вариабельности основных показателей кровообращения, установлено функциональное состояние и особенности процессов онтогенетической адаптации кровообращения и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях сельской и городской местности.
Представлены результаты частотного и временного анализа медленноволновой вариабельности основных показателей центрального и периферического кровообращения у сельских детей младшего и старшего школьного возраста, согласно Стандартам по измерению, физиологической интерпретации и клиническому использованию методов анализа вариабельности сердечного ритма. Данное обстоятельство позволяет более широко внедрять в условиях села современные методы анализа медленноволновой вариабельности не только ритма сердца, но других показателей кровообращения для донозологической диагностики, определения типа вегетативных нарушений у детей.
Результаты работы выявили различия, а также общие закономерности развития и функционального состояния, онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и активности уровней регуляции у детей, проживающих в условиях промышленного города Южного Урала и на селе, что обосновывает и облегчает создание региональных стандартов роста и развития детей школьного возраста на современном этапе развития региона, а так же позволяет уточнить отдельные положения разрабатываемой концепции здоровья.
Разработана функциональная типология, отражающая зависимость изменений показателей кровообращения от типов реакции диастолического артериального давления и минутного объема кровообращения на активное ортостатическое воздействие.
Показана достоверность и информативность изучения функционального состояния сердечно-сосудистой системы и уровней регуляции кровообращения на основании анализа изменений показателей кровообращения и их медленноволновой вариабельности при переходе в активное ортостатическое положение.
Обоснована значимость и физиологическая информативность сочетанного использования кластерного анализа частотных характеристик медленноволновой вариабельности показателей кровообращения и сравнительного анализа относительного вклада разночастотных колебаний для оценки функционального взаимодействия активности уровней регуляции основных показателей центрального и периферического кровообращения. Показана необходимость более широкого использования нелинейных методов оценки функциональной взаимосвязи между показателями кровообращения и характеристиками их медленноволновой вариабельности.
Внедрение в практику. Результаты диссертационного исследования используются в процессе мониторинга состояния здоровья детей и оздоровления в образовательных учреждениях Челябинской области (ООУ лицей №142 г. Челябинска, МОУ СОШ № 30 г. Миасса, СОШ с. Кундравы) и Башкирии (СОШ №1 и 2 c. Верхние Киги). Полученные результаты исследования используются в мониторинге и диагностике состояния здоровья детей в лечебно-профилактических учреждениях Челябинской области (Областной ВФД, МГУ городская больница № 4 г. Миасса, центральные районные больницы с. Долгодеревенское и Миасское).
Материалы работы используются в учебном процессе на кафедрах нормальной физиологии, лечебной физкультуры, врачебного контроля, физиотерапии и реабилитологии, детских болезней Челябинской государственной медицинской академии, факультета физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета.
Положения, выносимые на защиту.
Основные показатели развития и функционального состояния сердечно-сосудистой системы детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села, находятся в границах физиологической нормы с более выраженной гетерохронностью процессов возрастной динамики у городских детей;
Различия медленноволновой вариабельности показателей сердечно-сосудистой системы у сельских и городских детей обусловлены не только условиями проживания, но и особенностью процессов онтогенетической адаптации системы регуляции кровообращения;
Внутрисистемные взаимоотношения уровней и механизмов регуляции различных показателей кровообращения связаны с возрастно-половыми особенностями сельских и городских детей;
Особенности реакции показателей кровообращения при переходе в активное ортостатическое положение выявляют более высокий уровень функционального состояния сердечно-сосудистой системы у сельских детей, а динамика медленноволновой вариабельности показателей кровообращения в активном ортостазе является отражением изменений активности уровней регуляции сердечно-сосудистой системы, имеющих возрастно-половые и физиолого-демографические различия.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-методической конференции «Физическая культура, спорт, туризм: наука, образование, технологии» (Чайковский, 2004); 69-й итоговой научной сессии КГМУ и отделения медико-биологических наук Центрально-Черноземного научного центра РАМН (Курск, 2004); VI областной научно-практической конференции «Профилактика, реабилитация и адаптация в медицине и спорте» (Челябинск, 2004); XIX съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); Международной конференции «Физиология развития человека», посвященной 60-летию Института возрастной физиологии РАО (Москва, 2004); Научно-практической конференции посвященной 60-летию Челябинской областной общественной организации врачей-терапевтов (Челябинск, 2004); IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов по медицине (Тула, 2004); Международной научной конференции «Современные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Таиланд, 2004); Юбилейной научной конференции КГМУ и сессии Центрально-Черноземного научного центра РАМН «Университетская наука: взгляд в будущее», посвященной 70-летию КГМУ (Курск, 2005); X Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые в медицине», посвященной 1000-летию Казани и 60-летию Победы в Великой Отечественной войне (Казань, 2005); Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Тунис, 2005); V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005); Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 85-летию Пятигорского института Курортологии «Актуальные вопросы современной курортологии, восстановительной медицины и реабилитации» (Пятигорск, 2005); 2-й областной научно-практической конференции «Актуальные проблемы восстановительной медицины» (Челябинск, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Физическая культура, здравоохранение и образование в свете идей выдающегося врача и педагога В.С. Пирусского» (Томск, 2007); областной научно-практической конференции «Актуальные вопросы восстановительного лечения, оздоровления, спортивной медицины» (Челябинск, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Современные возможности восстановительного и реабилитационного лечения в условиях НУЗ ОАО «РЖД» (Челябинск, 2009); ежегодных научно-практических конференциях факультета физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2004; 2005; 2006; 2007; 2008; 2009).
Тема диссертации входит в план научно-исследовательской работы Южно-Уральского государственного университета (номер государственной регистрации 01.990007567). В 2004 г. исследования проводились при поддержке грантов Министерства образования РФ и Правительства Челябинской области (П2002264 и 018.04.10-04ВГ).
Публикации.
По теме диссертации опубликованы 30 научных работ, в том числе 12 в центральных и рекомендованных ВАК для публикации журналах и 2 монографии.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 339 листах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 424 источников отечественной и зарубежной литературы. Текст иллюстрирован 85 таблицами и 117рисунками.
