Особенности морфофункциональных сезонных перестроек у юношей, проживающих в континентальной природно-климатической зоне Магаданской области

С.И. ВДОВЕНКО, И.В. СУХАНОВА, А.Л. МАКСИМОВ

S.I. VDOVENKO, I.V. SUKHANOVA, A.L. MAXIMOV

ОСОБЕННОСТИ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СЕЗОННЫХ ПЕРЕСТРОЕК У ЮНОШЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ В КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Profiles of morphofunctional season-related changes showed by the male residents of the continental natural-climatic area of Magadan region

Реферат

В работе рассмотрены особенности морфофункциональных перестроек юношей 17−21 года из числа европеоидов, уроженцев Крайнего Севера постоянно проживающих в условиях континентального климата Магаданской области, весенний и осенний периоды. Установлено, что в осенний период по отношению к весеннему кардиореспираторная система обследуемых лиц функционирует с большим напряжением, на фоне возросших энерготрат организма.

Ключевые слова: Север, морфофункциональные показатели, адаптационные перестройки, сезонная динамика, сердечно-сосудистая и дыхательная системы.

Abstract

The considered in the paper is the examination performed in spring and autumn periods in order to study the morphofunctional changes showed by the male Europeans of 17−21 age, who was born in the Extreme North and resides under the continental climate conditions of Magadan region. Found that, in the autumn period a high tension based on elevated energy expenses can be observed in functioning of cardiorespiratory system, as compared to the spring period.

Key words: the North, morphofunctional parameters, adaptation changes, season-related changes, cardiovascular and respiration systems.

Экологические условия внешней среды, обусловленные совокупностью различных природных факторов, оказывают выраженное влияние на организм человека [2, 4, 11, 12]. Необходимо подчеркнуть, что экстремальность климато-географической зоны Севера усугубляется сменой сезонов, когда наблюдаются резкие изменения эколого-климатических условий среды, сопровождающиеся значительными колебаниями температурного режима, давления, ветровой нагрузки, изменениями фотопериодизма, геомагнитными возмущениями. Учитывая то, что данные изменения не являются константными, ответная реакция организма на их воздействие будет не одинаковой в различные сезоны года. Отмечено, что у человека на Севере в течение года несколько раз происходят своеобразные «переключения метаболизма», связанные с изменениями приоритетов на тканевом уровне, относительно утилизируемых энергетических субстратов. Ввиду ограниченного числа исследований, посвященных проблеме влияния сезонных факторов на адаптивные возможности человека в условиях Северо-Востока России, целью данной работы явилось выявление особенностей функционирования организмов юношей в весенний и осенний периоды года.

Объект и методы исследования

В исследованиях приняли участие 50 юношей 17−21 года г. Сусумана, Один и тот же контингент обследовался в весенний и осенний периоды, что позволяло более корректно выявить особенности реагирования кардиореспираторной системы у юношей в различные сезоны года. Контрольными месяцами, когда проводились обследования, были март (весна) и октябрь (осень), на которые традиционно приходится пик межсезонных изменений.

У обследуемых определяли основные соматометрические показатели: длину и массу тела, окружность грудной клетки с использованием медицинского ростомера и весов. По этим данным рассчитывали индекс Пинье (ИП, усл.ед.), характеризующий крепость телосложения. На основе метода биоэлектрического сопротивления определяли общее содержание жира (в % от массы тела) в организме, с последующим автоматическим расчетом содержания воды (%), содержания минерального компонента в костях (кг) и мышечной массы (кг). Для анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы в покое с помощью автоматического тонометра Nessei DS-1862 (Япония) производилось измерение показателей систолического (САД, мм.рт.ст.), диастолического (ДАД, мм.рт.ст.) артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин). Расчетным путем определяли пульсовое давление (ПД, мм.рт.ст.), общее периферическое сопротивление сосудов (ПС, дин² с см^-5), вегетативный индекс Кердо (ВИК, усл.ед.) и ударный объем по Старру (УО, мл). В процессе исследований у испытуемых определялось время максимальной задержки дыхания на выдохе (проба Генчи). Насыщение гемоглобина кислородом (HbO_2,%) во время дыхательных проб определяли неинвазивным методом фотооксигемометрии с использованием пульсиоксиметра «NPB-40» (США). Параметры оксигенации артериальной крови и ЧСС регистрировали перед пробой и на пике ее исполнения.

Для оценки ряда параметров системы внешнего дыхания и газообмена у юношей в состоянии покоя с помощью мeтаболографа MedGraphics VO2000 (США) определяли уровни содержания кислорода (O₂, %) и углекислого газа (CO₂, %) в выдыхаемом воздухе, потребление кислорода (ПО_2, мл/мин), минутный объем дыхания (МОД, л), частоту дыхания (ЧД, цикл/мин), дыхательный объем (ДО, мл) и энергозатраты в состоянии покоя (ккал/мин/кг). Значения энергозатрат в состоянии покоя соотносили с массой тела обследуемых. Легочные объемы и показатели вентиляции автоматически приводились к системе BTPS, а величина потребления кислорода к системе STPD. Обследования юношей проводились в помещении с температурой 18−20 ⁰С, в первой половине дня. Все юноши добровольно участвовали в исследованиях, которые проводились с соблюдением требований биомедицинской этики при их письменном информированном согласии. Параметры внешнего дыхания регистрировались в открытой системе с помощью компьютерного спироанализатора КМ-АР-01 «Диамант-С». Запись производилась в положении сидя в два этапа: первый включал в себя максимальный вдох и спокойный максимальный выдох в трубку модуля системы газоанализа; на втором этапе после максимального вдоха производился стремительный форсированный выдох также до предела. В расчет принимались наивысшие значения, полученные в течение нескольких замеров. Все основные характеристики автоматически сравнивались с должными величинами, изначально заложенными в программном обеспечении аппарата и представляющими собой данные, полученные для популяции жителей Центрально-Европейской части России.

Оценку состояния системы внешнего дыхания обследуемых проводили на основании замеров и последующего анализа следующих показателей: 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); МОС_25% — мгновенная объемная скорость на 25% от ФЖЕЛ, (л/с); МОС_50% — мгновенная объемная скорость на 50% от ФЖЕЛ, (л/с); МОС_75% — мгновенная объемная скорость на 75% от ФЖЕЛ, (л/с); СОС_25−75% — средняя объемная скорость в диапазоне 25−75%, (л/с); Индекс Тиффно, (ИТ) — отношение ОФВ₁/ЖЕЛ, (%); Индекс Генслара, (ИГ) — отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ, (%). Для показателей ЖЕЛ, ФЖЕЛ, а также для объемно-скоростных показателей ОФВ₁, ПОС, МОС_25%, МОС_50%, МОС_75%, СОС_25−75% автоматически рассчитывался процент от должной величины, которая условно была принята за 100%. В программном обеспечении компьютерного спирографа заложены должные величины, зависящие от возраста и длины тела каждого испытуемого. Средний возраст обследованных юношей составлял 18,2±1,29 года, средняя длина тела — 175,9±1,05 см.

Обработка полученного материала производилась с использованием прикладной программы Microsoft Excel Windows (2003).

Вычислялись средние величины показателей (M) и их ошибки (±m). Статистическая значимость различий оценивали по t-критерию Стьюдента для связанных выборок при минимальном уровне значимости различий р<0,05 при условии нормальности распределения, определяемого по значениям ассиметрии и эксцесса.

Результаты и их обсуждение

Проведенные нами исследования показали (табл. 1), что у юношей г. Сусумана с марта по октябрь происходят следующие изменения в антропометрическом статусе: отмечается снижение содержания жира в организме, повышение общего содержания воды, содержания минерального компонента в костях и увеличение мышечной массы на фоне неизменных показателей массы тела в различные периоды года.

При этом в наших исследованиях не выявлено сезонной динамики по показателям окружности грудной клетки. Более высокие силовые показатели отмечаются у юношей континентальной зоны проживания в осенний период времени, что, возможно связано с повышением мышечной массы тела у испытуемых.

Таблица 1 Соматометрические показатели юношей г. Сусумана в различные сезоны года

Примечание: здесь и далее знаком * обозначено отсутствие значимых различий между показателями, полученными в различные сезоны года Анализ основных показателей сердечно-сосудистой системы в различные сезоны года (табл. 2) выявил повышение общего периферического сопротивление сосудов в осенний период, что в определенной степени обуславливает повышение уровня систолического и диастолического артериального давления у юношей г. Сусумана в осенне-зимний период.

Таблица 2 Показатели сердечно-сосудистой системы юношей г. Сусумана в различные сезоны года

Изучение реакции организма на респираторную пробу с задержкой дыхания на выдохе (проба Генчи) показали, что в осенний период у юношей отмечается уменьшение уровня оксигенации артериальной крови как на фоне, так и на пике выполнения пробы, при достоверном сокращении времени ее выполнения на 18% относительно весеннего периода. Подчеркнем, что снижение оксигенации и времени выполнения пробы Генчи происходило при достоверно более высоком уровне потребления и использования кислорода, что указывало на возросшие энергетические потребности организма в осенне-зимний период и отражалось в достоверно больших энергозатратах (табл. 4).

Таблица 3 Показатели оксигенации артериальной крови на фоне и пике пробы Генчи у юношей г. Сусумана в различные сезоны года

Основные показатели внешнего дыхания и газоанализа у юношей континентальной зоны проживания представлены в таблице 4. Полученные данные свидетельствуют о том, что у юношей г. Сусумана не выявлено сезонных различий по ряду характеристик внешнего дыхания: дыхательному объему, частоте дыхания и минутному объему дыхания. При этом величины этих показателей соответствуют нормативным значениям, характерным для здоровых молодых людей, проживающих в условиях Европейского Севера.

В осенний период времени отмечается повышение уровня потребления кислорода, причем, если в весенний период данный показатель не превышает нормативных величин, то в осенний период выявлено значительное повышение уровня потребления кислорода, в среднем на 30 — 35% выше нормативных значений жителей Европейского Севера, что характеризует возросшие энергетические потребности организма в осенне-зимний период.

Основные объемно-временные характеристики системы внешнего дыхания юношей г. Сусумана в целом обнаруживают высокую степень ее адаптированности к условиям внешней среды. Все основные показатели респираторной системы не обнаруживают существенных отклонений от должных величин, а ряд из них значительно превышают установленные нормативы. Так, величина ЖЕЛ, представляющая собой интегральный показатель функционирования легких, лежит в пределах 4,8±0,12 л, что составляет 101% от нормы, а наибольшее отклонение обнаруживают мелкие бронхиолы, проходимость которых увеличена до 4,2±0,13 л (149% от нормы).

В то же время в отношении сезонных изменений в работе респираторной системы выявлен ряд особенностей. Так, было обнаружено, что для 9-ти из 18-ти представленных показателей отмечается ярко выраженная весенне-осенняя динамика. Осенью наблюдается уменьшение пиковых скоростей в легочном дереве, что хорошо видно на примере показателей ОФВ₁ и ПОС. При этом нами не было выявлено снижения форсированной жизненной емкости (ФЖЕЛ), что может свидетельствовать о сохранении стабильной потенциальной воздухоносности легочного дерева при уменьшении скоростных характеристик выдоха [1, 8].

Наиболее лабильными показателями респираторной системы с точки зрения сезонной динамики оказались мгновенные объемные скорости. Осеннее снижение бронхопроходимости отмечается для всех участков легочного дерева, на что также косвенно указывает интегральный показатель средних скоростей СОС_25−75%. Осенью по сравнению с весной проходимость крупных (МОС_25%) и средних (МОС_50%) бронхов уменьшается на 8%, а проходимость мелких бронхиол (МОС_75%) — на 13%.

Таблица 4 Показатели функции внешнего дыхания и газоанализа у юношей г. Сусумана в различные сезоны года

Таким образом, проведенные исследования показали, что в осенний период по отношению к весеннему возрастают энергетические затраты организма у юношей, проживающих в континентальной природно-климатической зоне Магаданской области. Данный факт проявляется в снижении оксигенации крови на фоне большего на 30% потребления кислорода и роста на 18% выделения углекислого газа в выдыхаемом воздухе, при одновременном снижении бронхиальной проходимости.

морфофункциональный перестройка юноша телосложение

1. Авцын А. П., Жаворонков А. А., Марачев А. Г., Милованов А. П. Патология человека на Севере. М., Медицина, 1985. 416 с.

2. Алексеева Т. И. Географическая среда и биология человека. М.: Мысль, 1977. 302 с.

3. Бойко, Е. Р., Ткачев А. В. Влияние продолжительности светового дня на гормональные и биохимические показатели у человека на Севере // Физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 1995. Т. 81, № 7. С. 86−82.

4. Воронин Н. М. Основы медицинской и биологической климатологии. М.: Медицина, 1981. 352 с.

5. Клемент Р. Ф., Лаврушин А. А., Тер-Погосян П. А., Котегов Ю. М. Инструкция по применению формул и таблиц должных величин основных спирографических показателей. Л.: МЗ СССР, ВНИИ пульмонологии, 1986. 79 c.

6. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

7. Рощевский М. П., Евдокимов В. Г., Варламова Н. Г., Рогачевская О. В. Сезонные и социальные влияния на кардиореспираторную систему жителей Севера // Физиология человека. 1995. Т. 21, № 6. С. 55−69.

8. Шишкин Г. С., Преображенская В. К., Куличевский Д. В. Мобилизация функционального резерва респираторных отделов легких при адаптации к климатическим факторам Севера // В кн.: «Очерки по экологической физиологии». Новосибирск. 1999. С. 112−118.

9. Юрьев В. В., Симаходский А. С., Воронович Н. Н., Хомич М. М. Рост и развитие ребенка. СПб.: Питер, 2003. 272 с.

10. De Lorenzo A., Andreoli A., Matthie J., Withers P. Predicting body cell mass with bioimpedance by using theoretical methods: a technological review // The American Physiological Society. 1997. Р. 1542−1557.

11. Leonard W. R., Sorensen M., Galloway V. A., et al. Climatic influences on basal metabolic rates among circumpolar populations // Am. Journ. of Human Biology. 2002. N 14. P. 609−620.

12. Ulijaszek S. J. Energetics, adaptation and adaptability // Am. Journ. of Human Biology. 1996. № 8. P. 169−182.