Избыточный вес и метаболический синдром связаны с высоким риском возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются основной причиной смерти во всем мире [1, 2]. Основными факторами риска метаболического синдрома являются гипергликемия, абдоминальное ожирение, дислипидемия и артериальная гипертензия. Метаболический синдром изменяет функции эндотелия сосудов и гладкомышечных клеток в сердце, головном мозге, почках и периферических сосудах [3, 4]. Однако имеется меньше информации о том, как избыточный вес и метаболический синдром могут повлиять на функцию легких. Даже у лиц молодого возраста выявляются клинические проявления изменений в физиологии дыхания – одышка при физической нагрузке, изменение характера дыхания, дыхательной механики и скорости метаболизма [4].

Основными факторами риска избыточного веса и метаболического синдрома являются гипергликемия, абдоминальное ожирение, дислипидемия и высокое артериальное давление. Хорошо известно, что метаболический синдром изменяет функции эндотелия сосудов и гладкомышечных клеток в сердце, головном мозге, почках и периферических сосудах. Однако имеется меньше информации о том, как метаболический синдром может повлиять на функцию легочных сосудов и в конечном итоге увеличить риск развития у человека различных заболеваний легочных сосудов, таких как легочная артериальная гипертензия [4]. Прогрессирующее и необратимое ремоделирование сосудов при артериальной гипертензии связано с увеличением периваскулярного присутствия воспалительных клеток и медиаторов, что приводит к эндотелиальной дисфункции, при которой поврежденные эндотелиальные клетки приобретают гиперпролиферативный и антиапоптотический фенотип. В этом состоянии наблюдаются повышенная выработка сосудосуживающих средств (таких как эндотелин-1) и снижение доступности сосудорасширяющих средств (таких как оксид азота), эффекты которых включают общее увеличение сосудистого тонуса и стимулирование клеточной пролиферации в слоях кровеносного сосуда. Таким образом, ЛАГ также характеризуется адвентициальным и медиальным утолщением из-за пролиферации фибробластов и гладкомышечных клеток, повышенного отложения коллагена (рисунок) [5, 6].

Поэтому актуальной является оценка функционального состояния системы дыхания в условиях умственной деятельности у лиц молодого возраста. Это необходимо для понимания закономерностей приспособления организма к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды, компенсаторных реакций и функциональных перестроек, связанных с возрастными особенностями организма при нормальном и избыточном весе, что позволит точнее и быстрее внести нужные коррективы в процесс лечения еще на этапе доклинических проявлений, возникающих под воздействием избыточного веса.

Сравнение гистологических особенностей легочных кровеносных сосудов в норме и при легочной артериальной гипертензии (ЛАГ) (составлено авторами)

На сегодняшний день спирометрия является наиболее простым и распространенным методом функциональной диагностики легких, который можно рассматривать как начальный этап выявления вентиляционных нарушений. Спирометрия предназначена для измерения легочных объемов при различных дыхательных маневрах, как спокойных, так и форсированных. Наиболее часто с этой целью используется маневр форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ), когда после полного вдоха необходимо сделать максимально быстрый и полный выдох.

Цель работы – исследовать функциональный статус дыхательной системы у обследованных лиц с учетом гендерных, возрастных и метаболических различий.

Материалы и методы исследования. В клиническом обсервационном исследовании принимали участие студенты 2–3-х курсов Северо-Осетинской государственной медицинской академии (100 человек), ученики 8–10-х классов государственной средней общеобразовательной школы № 46 (100 человек). Все участники обследования подписывали информированное согласие участника исследования. Обследование выполнялось в период 2019–2021 гг.

Критерии включения: возраст от 14 до 20 лет; отсутствие соматической патологии (со слов обследуемых). Критерии исключения: возраст до 14 и старше 20 лет; наличие хронических соматических заболеваний; инфекционных заболеваний; злокачественных новообразований различных органов и систем; вирусных инфекций; аутоиммунных заболеваний; психических заболеваний; беременности и лактации.

У участников исследования определяли индекс массы тела (ИМТ) с учетом возраста, роста и массы тела. Полученные данные ранжировали в соответствии с градациями ИМТ: «менее 25» – нормальная масса тела; «25–29,99» – избыточная масса тела; «30–34,99» – I степень ожирения. Участников обследования разделили на 6 групп по индексу массы тела (ИМТ), полу и возрасту (Me(25‰;75‰)):

1) школьники мальчики (возраст 16,00 (15,00;16,00) лет), масса тела 70,00 (60,00;75,00) кг), ИМТ – 21,79 (19,59;24,16);

2) школьники девочки (возраст 16,00 (15,00;16,00) лет), масса тела 55,00 (50,00; 60,00) кг, ИМТ – 19,96 (18,37; 21,48);

3) студенты мальчики ИМТ≤25 (возраст 19,00 (19,00;20,00) лет), масса тела 69,00 (66,00;80,00) кг), ИМТ – 21,61 (20,76;22,63);

4) студенты мальчики ИМТ>25 (возраст 19,00 (19,00;20,00) лет), масса тела 87,00 (84,00;108,00) кг), ИМТ – 25,38 (25,64;31,22);

5) студенты девочки ИМТ≤25 (возраст 19,00 (19,00;20,00) лет), масса тела 55,00 (49,00; 60,00) кг, ИМТ – 20,07 (18,91;21,38);

6) студенты девочки ИМТ>25 (возраст 19,00 (19,00;20,00) лет), масса тела 80,00 (70,00; 92,00) кг, ИМТ – 29,05 (26,18; 30,89).

Спирометрию проводили спирометром Spirolab I (Medical International Research, Италия). Перед началом проверяли калибровку спирометра; собирали анамнез обследованных лиц с целью выявления сведений об имеющихся заболеваниях, использовании лекарственных препаратов, которые могут повлиять на результаты исследования, измеряли рост и вес пациента, вносили данные о пациенте в спирометр.

Правильно усаживали пациента перед исследованием: с прямой спиной и слегка приподнятой головой в положении сидя в кресле. Обследованным лицам объясняли и показывали, как правильно выполнить дыхательный маневр.

Курение пациентом исключено как минимум за 1 час, употребление алкоголя – за 4 ч до исследования, значительные физические нагрузки – за 30 мин до исследования. В течение 2 ч перед исследованием обследованным не рекомендовали обильный прием пищи.

Статистическую обработку результатов исследований производили методом вариационной статистики с использованием программы Statistica 10.0 (Россия). Для количественных переменных проводили анализ на нормальность распределения (критерий Shapiro–Wilka). Описательная статистика непрерывных количественных данных – в виде медианы (Mе), значений верхнего (75‰) и нижнего (25‰) квартилей. Сравнение между группами проводилось с помощью критерия Краскела–Уоллиса. Критический уровень значимости р≤0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ параметров спирометрии позволил наблюдать комплексную картину функционального статуса дыхательной системы учащихся школы и студентов в соответствии с гендерными, возрастными и метаболическими различиями.

Лиц с повышенным индексом массы тела среди обследованных подростков (100 человек) выявлено не было, поэтому мы разделили подростков только по гендерному принципу.

Основными спирометрическими показателями, которые представляют интерес для анализа в связи с их высокой воспроизводимостью при повторных исследованиях, являются объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), форсированная жизненная емкость легких выдоха ФЖЕЛ. Отношение ОФВ1/ФЖЕЛ (индекс Тиффно) является важным для анализа в связи с тем, что служит критерием наличия нарушений вентиляции, которые находились в пределах диапазона нормальных значений в группах подростков (14–16 лет) и юношей и девушек (18–22 года) как при нормальном, так и при повышенном индексе массы тела. Данные медиан (Mе), значений верхнего (75‰) и нижнего (25‰) квартилей вышеуказанных показателей спирометрии находятся в пределах диапазона нормальных значений (Р.Ф. Клемент, Н.А. Зильбер, 1994).

Таблица 1

Показатели спирометрии у мужчин (Me(Q25; Q75))

Примечание: ИМТ – индекс массы тела; ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких выдоха; ЖЕЛ – жизненная емкость легких; МОС75 – максимальная объемная скорость при выдохе 75%; МОС50 – максимальная объемная скорость при выдохе 50% ФЖЕЛ; МОС25 – максимальная объемная скорость при выдохе 25% ФЖЕЛ; ФЖЕЛвд – форсированная жизненная емкость легких вдоха; ОФВ1 – объем форсированного выдоха за первую секунду; ПОСвыд – пиковая объемная скорость выдоха; РОвыд – резервный объем выдоха; СОС25-75 – средняя объемная скорость при выдохе от 25 до 75%; EB – емкость вдоха; * – достоверность относительно 1-й группы; ** – достоверность относительно 3-й группы, † – гендерные различия в рамках одной возрастной группы и ИМТ.

Однако при сравнении показателей групп с нормальным и повышенным индексом массы тела выявлено следующее: в группе юношей (4-я группа) с повышенным индексом массы тела наблюдаются достоверные различия с юношами 3-й группы (нормальный индекс массы тела) в ОФВ1/ФЖЕЛ (индекс Тиффно) (р=0,031), емкости выдоха (ЕВ) (р=0,024), резервный объеме выдоха (РОвыд) (р=0,0004). При анализе показателей функционирования дыхательной системы 5-й и 6-й групп у девушек с повышенным индексом массы тела (6-я группа) отмечалось достоверное увеличение РОвыд (р=0,0002) по сравнению с девушками из 5-й группы при нормальном ИМТ. В группе 4 (юноши, ИМТ>25) относительно 3-й группы (юноши, ИМТ˂25), и в группе 6 (девушки, ИМТ>25) относительно 5-й группы (девушки, ИМТ˂25) отмечаются тенденции к увеличению основных показателей функционирования дыхательной системы (табл. 1, 2).

При анализе полученных данных выявлены выраженные гендерные различия в подростковом и юношеском возрасте при нормальном ИМТ (табл. 1, 2).

Таблица 2

Показатели спирометрии у женщин (Me(Q25; Q75))

Примечание: ИМТ – индекс массы тела; ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких выдоха; ЖЕЛ – жизненная емкость легких; ФЖЕЛвд – форсированная жизненная емкость легких вдоха; МОС75 – максимальная объемная скорость при выдохе 75%; МОС50 – максимальная объемная скорость при выдохе 50% ФЖЕЛ; МОС25 – максимальная объемная скорость при выдохе 25% ФЖЕЛ; ОФВ1 – объем форсированного выдоха за первую секунду; ПОСвыд – пиковая объемная скорость выдоха; РОвыд – резервный объем выдоха; СОС25-75 – средняя объемная скорость при выдохе от 25 до 75%; EB – емкость вдоха; # – достоверность относительно 2-й группы; ## – достоверность относительно 5-й группы; † – гендерные различия в рамках одной возрастной группы и ИМТ.

Избыточный вес и ожирение нарушают функцию дыхательной системы несколькими механизмами [7, 8]. Во-первых, при ожирении повышается общая потребность организма в кислороде даже в покое в среднем на 25%, что связано с повышенным количеством циркулирующих свободных жирных кислот (СЖК). При избыточном их поступлении в плазму процесс β-окисления в митохондриях усиливается, поэтому повышается вентиляция легких для обеспечения организма кислородом и для выведения углекислого газа [7].

Во-вторых, ожирение также оказывает прямое воздействие и на физиологию дыхания. Это обусловлено увеличением массы тела и снижением податливости стенок грудной клетки при отложении жира вокруг ребер, соответственно, затруднением в увеличении объема грудной клетки на вдохе [8, 9].

В-третьих, при избыточном весе и отложении жира в брюшной полости развивается дисфункция диафрагмы, что ограничивает ее экскурсию [3, 10].

В данном исследовании мы оценили связь между ожирением и функциональным статусом дыхательной системы у обследованных без явных заболеваний сердца или легких. Выявлено, что у юношей и девушек с повышенным индексом массы тела отмечаются тенденции к увеличению основных показателей функционирования дыхательной системы, тогда как по данным литературы у лиц с ожирением и метаболическим синдромом отмечаются изменения, носящие противоположный характер. Это, возможно, связано с тем, что обследование проводили у здоровых молодых людей, у которых еще не появились выраженные метаболические нарушения и дисфункция эндотелия сосудов, а также более выражены, чем в зрелом возрасте, защитно-компенсаторные механизмы. Однако отмечаются рестриктивные нарушения у обследованных лиц с повышенным индексом массы тела – уменьшение резервного объема выдоха (РОвыд) как у юношей (р=0,0004), так и у девушек (р=0,0002) с повышенным индексом массы тела, что говорит об изменениях в респираторной системе при ожирении даже у лиц молодого возраста. А также выявлено, что у лиц с повышенным индексом массы тела стерты гендерные различия между основными показателями функционирования дыхательной системы.

Выводы. Метаболический синдром является клиническим состоянием, которое возникает под воздействием ряда факторов, способствующих структурным и физиологическим изменениям, приводящих к снижению функциональных возможностей. Изменения функциональных показателей дыхательной системы часто проявляются раньше клинических симптомов, поэтому изучение функциональных показателей системы дыхания может дать более полное представление о состоянии человека в данный момент и позволит точнее и быстрее внести нужные коррективы в процесс лечения. Оценка функционального статуса респираторной системы при ожирении – важный компонент в плане обследования и прогнозирования соматического здоровья лиц с ожирением.