Учитывая, что в структуре заболеваемости детей среднего школьного возраста одну из лидирующих позиций занимает патология дыхательного аппарата, а также исходя из понимания того, что система внешнего дыхания является звеном, лимитирующим физическую работоспособность, особенно важным представляется изучение адаптивных возможностей организма подростков с нарушением функции респираторной системы [4]. Именно подростковый возраст, являясь «критическим» периодом в окончательном становлении организма человека, определяет состояние здоровья в зрелом возрасте [3].
Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей адаптивных возможностей организма подростков с нарушением функции внешнего дыхания в условиях различных двигательных режимов, а также физиологическое обоснование подхода к оптимизации двигательной активности в процессе физического воспитания.
Все обследованные подростки по функциональному состоянию респираторной системы и уровню двигательной активности были разделены на 2 группы:
- дети с нарушениями в деятельности дыхательного аппарата, занимающиеся физической культурой в подготовительной медицинской группе по программе средней школы (средний режим двигательной активности);
- дети с отклонениями в функционировании системы дыхания, занимающиеся в оздоровительных центрах лечебной физической культурой под наблюдением врача (низкий режим двигательной активности).
Контрольную группу составили подростки без отклонений в состоянии здоровья и ограничений двигательной активности, занимающиеся физической культурой в основной группе (высокий режим двигательной активности).
Всего было обследовано 247 девочек и мальчиков в возрасте 13-15 лет. Контрольная группа включала 87 подростков, группа среднего двигательного режима - 78 детей, низкого двигательного режима - 82 человека.
Для оценки функциональных резервов организма подростков определялись базовые показатели респираторной системы, центральной кардиогемодинамики и вегетативного обеспечения.
Изучение состояния респираторной системы осуществлялось по величине окружности грудной клетки (ОГ), ее экскурсии (ЭГ), жизненной емкости легких (ЖЕЛ) с последующим расчетом жизненного индекса (ЖИ) и индекса Скибинского, а также по результатам пробы Штанге [7; 8].
Особенности функциональных резервов системного кровообращения определялись по базовым (частота сердечных сокращений, систолическое давление, диастолическое давление), а также расчетным показателям кардиогемодинамики (среднее гемодинамическое давление, систолический объем, минутный объем крови, индекс минутного объема крови, систолический индекс, общее периферическое сопротивление) [5; 6]. Для интегративной оценки функционирования сердечно-сосудистой системы, а также ее адаптивных возможностей рассчитывался показатель двойного произведения, коэффициент экономичности кровообращения, индекс адаптационного потенциала [6; 7; 8].
Изучение общего вегетативного статуса и его направленности проводилось по значениям вегетативного индекса Кердо (ВИК) [7; 8].
Анализ типологических закономерностей функционирования респираторной системы, вегетативного статуса, системного кровообращения и адаптивных механизмов осуществлялся с использованием программы Microsoft Excel и программы Statistica, версия 5.11.
Исследование функционального состояния дыхательной системы подростков выявило, что окружность грудной клетки у здоровых мальчиков и девочек составила 79,32±2,22 см. и 77,83±2,17 см., что соответствует средним возрастным значениям. В группе мальчиков окружность грудной клетки не зависела от состояния здоровья и уровня двигательной активности. В тоже время у девочек при нарушении деятельности дыхательной системы при среднем и низком режимах двигательной активности окружность грудной клетки достоверных отличий не имела и была на 11% меньше, чем у здоровых детей.
Экскурсия грудной клетки в контрольной группе (не зависимо от пола) также соответствовала средним возрастным значениям. В то же время у подростков с отклонениями в деятельности респираторной системы при низком двигательном режиме значения ЭГ оказались ниже, чем у здоровых детей, на 35% и соответствовали значениям ниже среднего. У подростков со средним уровнем двигательной активности ЭГ достоверно не отличалась от здоровых детей, и соответствовала нижним границам средних возрастных значений.
Средние величины ЖЕЛ у мальчиков и девочек (во всех группах обследования) достоверных отличий не имели и составили 2229,77±81,35 мл и 2188,33±77,02 мл соответственно. Сравнение этих значений с должными величинами выявило отставание изучаемого показателя у мальчиков на 23%, а у девочек на 17%. В то же время состояние здоровья и уровень двигательной активности не влияли на изучаемый показатель.
Значения ЖИ у здоровых мальчиков и девочек составили 50,74±2,93 у.е. и 48,46±1,58 у.е., что ниже средних возрастных значений на 5 и 9%, соответственно. У мальчиков с нарушениями функции дыхательной системы при среднем двигательном режиме зависимость значений ЖИ от состояния здоровья и уровня двигательной активности также не выявлена. У девочек с этой патологией достоверных различий изучаемого показателя по сравнению с контрольной группой также выявлено не было. Одновременно при низкой физической активности в этой группе обследования значения ЖИ оказались на 15% выше, чем у здоровых детей.
Результаты пробы Штанге у здоровых мальчиков и девочек составили 15,86±1,14 с. и 14,27±1,22 с., соответственно, что оказалось в 2 и более раз ниже, чем у детей с нарушениями функции респираторной системы, и почти в 4 раза ниже средних возрастных значений. Анализ влияния двигательной активности на устойчивость организма к гипоксии выявил, что у мальчиков с нарушением функции дыхательной системы в условиях средней и низкой физической активности достоверных различий изучаемого показателя не отмечалось. В то же время у девочек с подобной патологией при низкой двигательной активности значения пробы Штанге были на 29% выше, чем при среднем уровне локомоций.
Анализ значений индекса Скибинского, интегративно оценивающего функциональное состояние дыхательной системы, выявил снижение этого показателя в контрольной группе относительно возрастной нормы в 2 раза (мальчики - 493±51,13 у.е., девочки - 432±52,57 у.е.). У мальчиков с нарушениями аппарата дыхания и низким двигательным режимом изучаемый показатель оказался на 66% выше, чем у здоровых подростков, и на 55% - у девочек. При среднем двигательном режиме изучаемый показатель был на 46% больше, чем в контрольной группе у мальчиков, и на 29% - у девочек. Одновременно у подростков подготовительной и специальной медицинских групп индекс Скибинского достоверных отличий не имел.
В процессе исследования сердечно-сосудистой системы подростков было выявлено, что средние значения ЧСС в контрольной группе составляли 75,03±0,7 уд./мин. у мальчиков и 76,93±1,15 уд./мин. у девочек, что соответствовало возрастной норме. У детей с отклонениями в функционировании дыхательной системы ЧСС была выше, чем у здоровых школьников при низкой двигательной активности: у мальчиков на 37%, а у девочек - на 30%. У подростков подготовительной группы ЧСС оказалась достоверно выше, чем у здоровых мальчиков и девочек с обычным возрастным двигательным режимом на 10 и 15% соответственно. В то же время этот показатель у подростков с нарушениями функции респираторной системы и средним двигательным режимом был ниже, чем при низком уровне локомоций, на 5% у мальчиков и 7% у девочек.
Анализ значений систолического давления (САД) выявил характерные групповые различия. В частности, в контрольной группе САД у мальчиков составило 106,7±1,95 мм. рт. ст., а у девочек 104,9±1,88 мм. рт. ст., что соответствует возрастным нормативам. В то же время у мальчиков с нарушениями в деятельности системы дыхания в условиях низкой двигательной активности САД было выше, чем у здоровых школьников и детей среднего двигательного режима, на 12 и 8% соответственно. Одновременно у девочек из специальной медицинской группы САД оказалось на 11% выше, чем в подготовительной группе, и при этом достоверно не отличалось от аналогичных показателей у здоровых детей.
Значения диастолического давления (ДАД) у здоровых мальчиков и девочек составили 73,05±1,00 мм. рт. ст. и 71,97±1,4 мм. рт. ст., что превышало возрастную норму на 8 и 6% соответственно. В то же время у мальчиков с ухудшением в работе адаптивных механизмов дыхательной системы ДАД не имело достоверных различий во всех группах обследования. У девочек с подобной патологией и низким двигательным режимом значения ДАД оказались выше, чем при среднем режиме - на 17%. Одновременно ДАД у девочек с низким уровнем локомоций и в контрольной группе достоверных отличий не имело. Вместе с тем у здоровых девочек величины ДАД оказались на 18% выше, чем у девочек с патологией респираторной системы и средним уровнем локомоций. В отличие от ДАД значения среднего гемодинамического давления (СГД) у девочек в специальной медицинской группе были ниже, чем в подготовительной и контрольной группах, на 8 и 13% соответственно. А у девочек с патологией респираторной системы и средней двигательной активностью СГД было выше относительно здоровых на 5%. У мальчиков значения СГД во всех группах обследования достоверных различий не имели.
Систолический объем (СОК) крови у подростков в контрольной группе оказался меньше, чем у детей с отклонениями в состоянии здоровья. В частности, средние значения СОК у здоровых мальчиков и девочек равнялись 37,23±1,32 мл и 36,22±1,42 мл, что на 30% ниже средних возрастных показателей, встречающихся в литературе. У мальчиков с патологией дыхательной системы при низком двигательном режиме СОК превышал значения контрольной группы на 32%. Одновременно у мальчиков при средней физической активности СОК достоверно не отличался от его значений у здоровых школьников и был на 16% ниже, чем в группе низкого двигательного режима. У девочек с нарушениями функции дыхательной системы (независимо от двигательного режима) СОК оказался больше, чем у здоровых школьниц, на 36%.
Значения минутного объема крови (МОК) у здоровых мальчиков и девочек составляли 2827,3±100,92 мл/мин и 3807,95±169,24 мл/мин, что соответствовало возрастным нормативам. Одновременно МОК у девочек достоверно превышал таковой у мальчиков на 26%. Сравнительный анализ средних значений МОК во всех группах обследования выявил аналогичную тенденцию СОК. Так, у мальчиков с нарушениями функций дыхательной системы при низкой двигательной активности МОК превышал значения контрольной группы на 78%, а при среднем двигательном режиме - на 36%. В то же время у мальчиков при среднем уровне локомоций с патологией дыхательной системы МОК был на 31% выше, чем у здоровых мальчиков. Минутный объем крови у девочек с низкой двигательной активностью и отклонениями в деятельности дыхательной системы был выше, чем у здоровых школьниц, на 29%. Минутный объем крови у девочек специальной медицинской группы был на 24% выше, чем в подготовительной группе.
Средние значения ИМОК в контрольной группе у мальчиков и девочек составляли 0,92±0,04 у.е. и 0,9±0,03 у.е., что соответствовало средним возрастным величинам. При этом у мальчиков в обеих экспериментальных группах ИМОК на 86% превышал таковой у здоровых подростков. У мальчиков при низком двигательном режиме значения ИМОК на 45% превышали таковые у детей в группе средней двигательной активности. У девочек с патологией дыхательной системы ИМОК оказался на 52% выше, чем у здоровых школьниц (независимо от уровня двигательной активности).
Величины сердечного индекса (СИ) у здоровых мальчиков на 24% были ниже аналогичных показателей у девочек и составили 2,3±0,13 л/мин x м2 и 1,75±0,1 л/мин х м2 соответственно. Динамика СИ в условиях нарушения деятельности дыхательной системы при различных двигательных режимах была аналогична динамике МОК и ИМОК. В частности, у мальчиков при низком двигательном режиме в условиях нарушений дыхательной системы значения СИ оказались на 39% больше, чем при средней двигательной активности, и на 69%, чем в контрольной группе. У девочек специальной медицинской группы СИ достоверно не отличался от значений здоровых школьниц. В то же время у девочек подготовительной группы СИ оказался достоверно (на 46%) выше, чем в контрольной группе. Сравнение СИ у девочек в группах среднего и низкого двигательного режима выявило, что значения СИ при низком уровне локомоций на 36% превышали уровень средней физической активности.
Процентное соотношение гипокинетического (ГТК), эукинетического (ЭТК) и гиперкинетического (ГрТК) типов кровообращения (ТК) у здоровых мальчиков и девочек составляло 95:5:0 и 80:17:3 соответственно. У подростков с отклонениями в состоянии респираторной системы по мере снижения двигательной активности наблюдалось смещение кривой распределения ТК вправо, т.е. имело место увеличение лиц с ГрТК. У мальчиков процентное соотношение ГТК:ЭТК:ГрТК при средней двигательной активности составило 88:12:0, а при низкой - 47:41:12; у девочек - 68:18:14 и 42:29:29 соответственно.
Средние значения общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС) у здоровых мальчиков были равны 3056,21±112,69 дин. х см-5/с., а у девочек - 2336,68±121,11 дин. х см-5/с., таким образом, ОПСС у здоровых девочек оказалось ниже, чем у мальчиков, на 23%. При патологии дыхательного аппарата у девочек с низким уровнем двигательной активности ОПСС было на 21% ниже, чем у девочек со средним уровнем двигательной активности. При этом имела место тенденция к повышению значений ОПСС в контрольной группе относительно экспериментальных групп обследования. У мальчиков с отклонениями в деятельности системы дыхания при низкой двигательной активности ОПСС оказалось на 20% ниже, чем в контрольной группе. В то же время у мальчиков в 1-й группе обследования ОПСС достоверно не отличалось от здоровых подростков.
Интегративная оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы по значениям показателя двойного произведения (ПДП) указала на его средние возрастные величины у здоровых мальчиков и девочек (75,95±1,67 у.е. и 79,86±1,54 у.е. соответственно). У мальчиков с низким уровнем локомоций ПДП превышал значения здоровых подростков на 52%, что соответствовало значениям ниже среднего. В то же время при низкой двигательной активности у мальчиков с патологией дыхательной системы значения ПДП были на 26% хуже, чем при среднем двигательном режиме. У девочек с нарушениями в деятельности дыхательной системы (независимо от двигательного режима) этот показатель оказался на 23% выше, чем в контрольной группе. Анализ распределения средних, низких и высоких возрастных значений ПДП в каждой группе обследования выявил, что частота низкого ПДП увеличивалась при нарушении здоровья и ограничении двигательной активности: контрольная группа - 0%, мальчики и девочки подготовительной медицинской группы - 29 и 18%, специальной медицинской группы - 47 и 24% соответственно.
Коэффициент эффективности кровообращения (КЭК) у здоровых мальчиков и девочек составлял 2524,97±113,40 у.е. и 2531,73±93,77 у.е., что соответствовало нормальным значениям. Одновременно у мальчиков при нарушениях в деятельности дыхательной системы при низкой двигательной активности значения КЭК на 90% превышали изучаемый показатель в контрольной группе и на 45%, чем при среднем уровне физической активности. У девочек с аналогичной патологией (независимо от двигательного режима) КЭК был на 52% больше, чем в контрольной группе.
Изучение влияния вегетативного статуса на сердечно-сосудистую систему в условиях различного состояния адаптивных механизмов и уровня физической активности позволило выявить преобладание симпатических влияний при отклонении в деятельности дыхательной системы, а также при ограничении двигательного режима. Так, средние значения вегетативного индекса Кердо (ВИК) у здоровых мальчиков и девочек составили 2,57±1,72 у.е. и 6,47±2,37 у.е. При этом у подростков с отклонениями в состоянии респираторной системы (независимо от пола) значения ВИК превышали аналогичный показатель у здоровых детей более чем в 4 раза. Одновременно у мальчиков с нарушениями функционирования дыхательной системы величина ВИК не зависела от особенностей двигательного режима. В то же время у девочек при низком двигательном режиме ВИК оказался на 63% выше, чем при средней физической активности.
Значения индекса функциональных изменений (ИФИ) у здоровых мальчиков и девочек составили 1,87±0,03 у.е. и 1,86±0,07 у.е., что свидетельствует об удовлетворительной адаптации сердечно-сосудистой системы. У мальчиков с нарушениями функции дыхания в условиях низкой двигательной активности ИФИ на 21% превышал аналогичный показатель в контрольной группе и у подростков со средним уровнем локомоций. Одновременно у мальчиков при низком двигательном режиме более чем в 2 раза чаще встречались значения ИФИ, соответствующие напряжению адаптивных механизмов, а у девочек аналогичная зависимость имела место при среднем уровне локомоций. В то же время у девочек с отклонениями в деятельности системы дыхания (независимо от двигательного режима) значения ИФИ достоверно не отличались от изучаемого показателя в контрольной группе.
Отсутствие в изучаемых группах однонаправленных сдвигов ОГ, ЭГ, ЖЕЛ и ЖИ свидетельствует о недостаточной диагностической информативности этих показателей. При этом наиболее чувствительными показателями к различным режимам двигательной активности оказались ЭГ и ЖИ. Более низкие значения ЖИ у девочек при средней физической активности можно объяснить, с одной стороны, проявлениями гипокинетического синдрома, обусловленного двигательными ограничениями в условиях нарушения функции системы дыхания, а с другой - качеством и направленностью локомоций в процессе занятий физической культурой. Так, методика занятий физической культурой в группах режима низкой двигательной активности предполагает ограничение циклических и силовых нагрузок и целенаправленное включение дыхательных упражнений, направленных на улучшение функционального состояния бронхо-легочного аппарата и повышение устойчивости организма к гипоксии. Одновременно несоответствие ЖЕЛ и ЖИ у здоровых школьников должным значениям и отсутствие достоверных различий с детьми, имеющими ограничения двигательного режима, обусловленные нарушениями в деятельности системы дыхания, можно объяснить недостаточным уровнем физической активности современных подростков и недостатками методики их физического воспитания. Это подтверждается результатами пробы Штанге и значениями индекса Скибинского. Выявленные отличия показателей системы внешнего дыхания у мальчиков и девочек с нарушением ее функционирования объясняются гендерными особенностями природной кинезофили и мотивации к занятиям физической культурой.
Изучение базовых показателей гемодинамики у подростков с различным уровнем здоровья и двигательной активности показало, что у здоровых детей имеет место более выраженная экономизация сердечно-сосудистой системы по сравнению с детьми, имеющими нарушения в деятельности системы дыхания. При этом значения ЧСС, САД, ДАД и СГД в первую очередь определяются двигательным режимом. Так, у детей с низким уровнем двигательной активности имеет место менее экономичное функционирование сердечно-сосудистой системы. Это подтверждается как отличиями значений расчетных показателей кардиогемодинамики (СОК, МОК, ИМОК, СИ, ОПСС), так и распределением типов кровообращения в контрольной группе и у подростков с отклонениями в деятельности аппарата внешнего дыхания с различным уровнем двигательных ограничений. Снижение ОПСС на фоне увеличения МОК и СОК в условиях нарушения деятельности респираторной системы и снижения двигательной активности часто сопровождается увеличением гиперкинетических вариантов гемодинамики, которые можно расценивать как отсутствие оптимальных условий кровообращения.
Ограничение адаптивных возможностей организма подростков в условиях нарушения деятельности дыхательного аппарата и двигательного режима также подтверждают такие интегративные показатели кардиогемодинамики, как ПДП и КЭК. В частности, оценка ПДП, который хорошо коррелирует с максимальным потреблением кислорода и острой заболеваемостью, позволяет предположить, что совокупность особенностей функционирования сердечно-сосудистой системы у подростков при среднем и низком двигательных режимах свидетельствует о недостаточном уровне их функциональных резервов, лимитированных проявлениями гипокинетического синдрома. Подтверждением этому являются значения КЭК, увеличение которых имеет место у школьников с ограничением двигательной активности, обусловленной состоянием системы дыхания, и свидетельствующие о напряжении регуляторных механизмов гемоциркуляторного аппарата.
Преобладание симпатических влияний (по значениям ВИК) в группах среднего и низкого двигательного режима по сравнению с контрольной группой подтверждает снижение экономичности в работе регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы у подростков со значительными двигательными ограничениями при патологии дыхательной системы.
Внутригрупповое перераспределение значений ИФИ в сторону напряжения механизмов адаптации у подростков в зависимости от состояния здоровья и уровня двигательной активности указывает на снижение их адаптационного потенциала и объясняется интегративными влияниями нарушения функционального состояния респираторной системы и снижения уровня функционирования системы кровообращения, обусловленного вынужденной гипокинезией организма.
Заключение. Объем специальных дыхательных упражнений и упражнений, направленных на формирование резистентности к гипоксии, реализуемых в процессе физического воспитания подростков с нарушением функции внешнего дыхания, оказывает на нее оптимизирующее воздействие. Изменение соотношения общеразвивающих и дыхательных упражнений в пользу последних может быть рекомендовано для повышения функциональных возможностей респираторной системы школьников, занимающихся физической культурой по программе основной группы.
Особенности двигательного режима и состояние аппарата внешнего дыхания подростка оказывают существенное влияние на уровень функционирования системы кровообращения.
Занятия лечебной физической культурой подростков с нарушением функции внешнего дыхания не обеспечивают достаточного уровня двигательной активности, что отражается на состоянии сердечно-сосудистой системы.
Ограничение двигательной активности в условиях снижения функции респираторной системы в подростковом возрасте приводит к снижению компенсаторных возможностей, что отражается на его функциональных резервах и может привести к ухудшению состояния здоровья.
Рецензенты:
- Тапбергенов С.О., д.м.н., профессор, зав. кафедрой биохимии Государственного медицинского университета, г. Семей, Казахстан.
- Корягина Ю.В., д.б.н., доцент, и.о. профессора кафедры анатомии, физиологии, спортивной гигиены ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет физической культуры и спорта», г. Омск.
Работа получена 24.11.2011