CC BY
156
ВЕСТНИК ТГГПУ. 2008. №4(15)
УДК 612.17
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ ШКОЛЬНИКОВ
К УЧЕБНОЙ НАГРУЗКЕ
© Н.Б.Дикопольская, О.К.Побежимова, С.И.Русинова, Ф.Г.Ситдиков, Л.М.Уракова, М.В.Шайхелисламова, А.С.Шалавина
Проведен сравнительный анализ функционального состояния симпато-адреналовой системы (САС) и ее реакций на изометрическую нагрузку у 7-летних школьников обоего пола в зависимости от особенностей вегетативной регуляции сердечного ритма.
Ключевые слова: адаптация, учебная нагрузка, симпато-адреналовая система (САС)
Исследование выполнено при финансовой поддержке РГНФ в рамках научно-исследовательского проекта РГНФ "Превентивный подход к вегетативным нарушениям у детей школьного возраста при адаптации к условиям обучения", проект №07-06-29603а/В.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Федерального Агентства по образованию в рамках тематического плана на 2008 год.
Для каждого периода онтогенеза характерны определенные нейроэндокринные взаимоотношения, обеспечивающие надежность регуляции жизненных функций в различных условиях существования, свойственных данному возрасту [1]. Особую роль в нейрогуморальной регуляции функций, поддержании гомеостаза и формировании приспособительных реакций организма играет симпато-адреналовая или катехоламинерги-ческая система [2]. Мозговое вещество надпочечников занимает исключительное место в системе взаимоотношений вегетативной нервной и эндокринной систем [3]. Будучи гормонами мозгового слоя надпочечников и медиаторами симпатической части вегетативной и центральной нервной систем, катехоламины оказывают многообразное действие на организм: в ЦНС они выполняют функцию медиаторов и нейротрас-миттеров, на периферии опосредуют быструю связь между симпатической частью вегетативной нервной системы и внутренними органами, оказывают прямое действие на гемодинамику и обмен веществ [4]. Весьма наглядным примером взаимосвязи нейровегетативных и гормональных систем организма являются результаты синхронного исследования статистических характеристик вариабельности сердечного ритма и гормонального статуса детей и подростков [5, 6]. По мнению авторов, наличие взаимосвязи между уровнем централизации регуляторных функций организма, состоянием симпато-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем может служить способом оценки его адаптации. Еще более убедительны данные по параллельному исследованию исходного вегетативного тонуса и базального гормонального статуса у детей, нахо-
дящихся на разных этапах пубертатного развития, а также имеющих проявления синдрома ве-гето-сосудистой дистонии [7]. Установлено, что для детей младшего школьного возраста вариантом возрастной нормы является относительная симпатикотония [8], при этом большинству из них свойственна вегетативная неустойчивость, проявляющаяся в виде преобладания симпатических или парасимпатических влияний на сердечный ритм и сопровождающаяся признаками дис-регуляции сердечно-сосудистых функций [9]. Незавершенность организации физиологических систем детского организма и механизмов их регуляции увеличивает риск возникновения функциональных нарушений под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды. Показано, что учебная деятельность особенно в период адаптации может оказывать негативное влияние на детский организм, вызывая сдвиги в состоянии его нервной и эндокринной систем [10]. При этом статические нагрузки, направленные на поддержание рабочей позы школьника, преобладают в его повседневной жизни, а двигательная активность снижена [11]. Своеобразие физиологических сдвигов, происходящих в организме при статических нагрузках [12], выраженная активация симпато-адреналовой системы и быстро наступающее утомление [13], а также важная роль, которую они играют в учебной и трудовой деятельности человека, делают их интересным объектом для изучения.
Однако исследований, посвященных изучению реакций САС на изометрическую нагрузку у младших школьников с учетом их пола и тонуса вегетативной нервной системы в литературе нами не обнаружено. Интерес представляет анализ
Л.М. УРАКОВА, М.В.ШАЙХЕЛИСЛАМОВА, А.С.ШАЛАВИНА
фонового уровня экскреции катехоламинов у детей с различными вариантами исходного вегетативного тонуса, который оценивается в основном по данным вариационной пульсометрии и степе -ни централизации механизмов регуляции сердечного ритма [14]. Это определило специфику наших исследований, целью которых стало изучение функционального состояния САС и особенностей ее реакций на изометрическую нагрузку у детей 7 лет с учетом особенностей вегетативной регуляции сердечного ритма.
Методика
В исследовании принимали участие 7-летние дети, обучающиеся в средней школе №143 города Казани, имеющие средний уровень физического развития, без хронических заболеваний. Для изучения особенностей вегетативной регуляции сердечного ритма и формирования групп детей по исходному вегетативному тонусу (ИВТ) были обследованы школьники первых классов в количестве 157 человек (96 девочек, 61 мальчик). Использовался общепринятый метод вариационной пульсометрии [14, 8 ,7 5] с применением автоматизированного комплекса REACARD. Путем статистической обработки 100 последовательных кардиоинтервалов вычислялись: амплитуда моды (АМо), позволяющая косвенно судить о преобладании симпато-адреналовых гуморальных влияний на сердечный ритм; мода (Мо), указывающая на наиболее вероятный уровень функционирования синусового узла, вариационный размах (Ах), характеризующий степень участия парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции синусового ритма и индекс напряжения (ИН), интегрально отражающий суммарную напряженность центральных механизмов регуляции ритма сердца. Дополнительно вычислялся вегетативный индекс Кердо (ВИК), для определения которого использовались показатели частоты сердечных сокращений (ЧСС) и артериального давления (по Н.С. Короткову), (ВИК=1-АДд/ЧСС). В группу сим-патотоников относили детей с ИН более 95,0 усл.ед., к нормотоникам - с ИН от 46,0 до 68,0 усл.ед. и к ваготоникам - с ИН менее 46,0 усл.ед. [14]. Для исследования функционального состояния САС из каждой сформированной группы было отобрано по 10-12 детей обоего пола - всего 67 человек. О состоянии САС судили по уровню экскреции адреналина (А), норадреналина (НА), дофамина (ДА) и ДОФА с мочой на основании флюорометрического метода [15]. Пробу с изометрической нагрузкой проводили путем сжатия кистевого динамометра с усилием равным 50% от максимального произвольного уси-
лия, в течение 1 минуты. Моча собиралась за час до нагрузки и в течение часа после нее. С целью исключения влияния суточных ритмов активности САС испытуемые приглашались в одно и то же время - в первую половину дня. Для математической обработки полученных данных использовали общепринятые методы вариационной статистики.
Результаты исследования
По результатам исследования было установлено, что у детей 7 лет, обучающихся в 1 классе (начало учебного года) имеет место выраженная неустойчивость вегетативной регуляции сердечного ритма с преобладанием симпатикотониче-ских влияний. Анализ гистографических кривых и значений индекса напряжения (ИН) позволил выявить 3 варианта ИВТ (таб.1), при этом, состояния эйтонии встречались у мальчиков в 17%, у девочек в 13% случаев, а ваготонии - в 17% и 25% случаев соответственно (рис.1). Подавляющее большинство обследованных школьников имели симпатикотонический вариант ИВТ. Независимо от исходного вегетативного тонуса практически у всех отмечались положительные значения вегетативного индекса Кердо (от +5,70±0,62 до +35,90±0,87), что согласуется с данными литературы об относительной возрастной симпатикотонии [8] и напряжении детского организма в процессе адаптации к учебной деятельности [16].
Анализ функционального состояния САС показал, что дети с различными вариантами ИВТ отличаются по уровню экскреции катехоламинов (КА) и их предшественников, это проявляется как в состоянии относительного покоя, так и в ответ на дозированную изометрическую нагрузку. Из таблицы 2 видно, что в состоянии покоя у детей-симпатотоников независимо от пола отмечается более высокий уровень экскреции НА - у мальчиков 20,66±1,35 нг/мин, а у девочек 16,85±1,19 нг/мин, что соответственно в 1,28 и 1,22 раза больше, чем в состоянии нормотонии (р<0,05) и в 1,28 (р<0,05), в 1.09 раз, превышает значения ваготоников. При этом в содержании А различия менее значимы (от 6,97±0,07 нг/мин до 8,66±0,30 нг/мин во всех исследуемых группах), за исключением мальчиков-ваготоников, у которых уровень экскреции А в 1,5-2 раза выше, чем у остальных (р<0,01). На фоне относительно высоких значений НА у детей-симпатотоников, экскреция ДА у них имеет более низкий уровень, который у мальчиков на 33,07 нг/мин и 32,94 нг/мин (р<0,01), а у девочек на 12,76 нг/мин и 21,44 нг/мин меньше чем в состоянии нормо- и ваготонии (р<0,05 и р<0,01 соответственно). Ве-
роятно, высокая потребность в НА у детей с преобладанием симпатикотонических влияний на сердечный ритм не обеспечивается достаточным восполнением его предшественника [17]. О чем свидетельствует и более низкий уровень экскреции ДОФА у девочек-симпатикотоников
(р<0,01), образование которого является лимитирующим звеном в биосинтезе КА [18]. Однако, у мальчиков с симпатиконическим вариантом ИВТ экскреция ДОФА в покое выше, чем у остальных (в отношении ваготоников - р<0,01), что может быть связано с более активным синтезом предшественников и напряженным функционированием САС в данной исследуемой группе.
Тестирующая функциональная проба в виде изометрической нагрузки позволила выявить реактивность и функциональные резервы САС. Известно, что одновременное повышение экскреции КА и ДОФА свидетельствует о достаточных резервных возможностях системы, и создает хорошие предпосылки для устойчивой и длительной работы детского организма [19]. Проведенный нами анализ показал, что характер реакции САС на изометрическую нагрузку у детей зависит от ИВТ, фонового уровня экскреции КА и имеет ярко выраженные половые различия (рис.2). Так, у мальчиков-симпатотоников на фоне относительно высоких донагрузочных значений экскреции НА, в ответ на статическое усилие происходит его максимальный прирост, который составляет 39,39% по отношению к покою, при этом выделение ДОФА становится на 1,37% ниже, чем до нагрузки. Это характеризует реакцию САС у мальчиков с симпатикотониче-ским вариантом ИВТ как неэкономную, сопровождающуюся снижением уровня предшественников. У мальчиков в состоянии нормо- и ваго-тонии, в отличие от предыдущей группы статическая нагрузка выявляет снижение функциональной активности САС и ее резервных возможностей. Несмотря на достоверно более низкий фоновый уровень экскреции НА, его значения после нагрузки у этих школьников имеют отрицательную динамику и уменьшаются соответственно на 20,95% и 15,02% по сравнению с покоем. Наблюдается снижение и в экскреции предшественников, более выраженное у нормо-тоников, выделение ДА и ДОФА у которых становится на 17,63% и 5,04% ниже, чем до нагрузки. Компенсаторное увеличение ДОФА имеет место лишь у мальчиков в состоянии ваготонии, которое вместе с тем не обеспечивает повышения уровня КА. Вместе с тем, известно, что тот или иной сдвиг в ответ на тестирующую нагрузку зависит от исходного уровня напряжения физиологической системы [20], а именно наблю-
даемое изменение активности САС у нормо- и ваготоников после статического усилия (за исключением снижения НА) может быть проявлением компенсаторной, защитно-приспособительной реакции, направленной на сохранение оптимального уровня ее функционирования, что не противоречит закону "исходного уровня" о регуляции гомеостаза [21] и не наблюдается в группе мальчиков-симпатотоников, где адаптивные
сдвиги САС (ее медиаторного звена) носят ги-перреактивный характер.
У девочек, в отличие от мальчиков реакция САС на статическую нагрузку оценивается нами как более благоприятная. Так, у девочек-симпа-тотоников на фоне повышенной активности САС в покое (ее медиаторного звена) отмечается тенденция к снижению уровня экскреции НА после нагрузки на 2,07%, при этом экскреция ДА увеличивается, что вероятно вызвано компенсаторным ускорением процесса декарбоксилирования ДОФА в условиях снижения НА [17], и объяснимо также с точки зрения закона "исходного уровня", поэтому вполне адекватно фоновым значениям. У девочек в состоянии эйтонии дозированная изометрическая нагрузка вызывает максимальный прирост в экскреции КА по сравнению с другими исследуемыми группами - выделение А увеличивается на 79,34%, НА - на 60,46%, ДА - на 74,95%, а ДОФА на 4,09%, что проявляется на фоне умеренной активности САС в покое и может свидетельствовать о ее достаточных функциональных и резервных возможностях. У девочек с парасимпатикотоническим вариантом ИВТ реакция САС менее сбалансирована - экскреция А и НА по сравнению с нормото-никами снижена, при этом отмечается отрицательный сдвиг в динамике ДОФА (снижение на 2,83% по отношению к покою). Независимо от ИВТ у девочек 7 лет проявляется возрастная особенность реагирования САС на тестирующую функциональную нагрузку, а именно преобладание активности гормонального звена (А) над ме-диаторным (НА), в связи с более поздним созреванием последнего [22].
Заключение
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что у школьников 7 лет с различными вариантами исходного вегетативного тонуса имеются существенные отличия в функциональном состоянии симпато-адренало-вой системы, что подтверждает ее значение в формировании вегетативного статуса детского организма. При этом, характер реагирования САС на изометрическую нагрузку также имеет индивидуальные отличия и может свидетельст-
Л.М. УРАКОВА, М.В.ШАЙХЕЛИСЛАМОВА, А.С.ШАЛАВИНА
вовать о различных функциональных и резервных возможностях организма мальчиков и девочек в период адаптации к учебной деятельности.
1. Држевецкая И. А. Эндокринная система растущего организма. - М.: Высшая школа, 1987. - 448 с.
2. Орбели Л.А. Избр. Труды. Т.2. - М.-Л., 1962. -С.67-234.
3. Шрейбер Вратислав. Патофизиология желез внутренней секреции. - Прага: Медицинское издательство "Авиценум", 1987. - 493 с.
4. Андреев С.В., Кобкова И.Д. Роль катехоламинов в здоровом и больном организме. - М.: Медицина, 1970. - С.37-137.
5. Горланов И. А, Милявская И.Р. О взаимосвязи вегетативной нервной системы с гормональным статусом детей, больных атопическим дерматитом. // Сб. тез. докл. науч.-практ. конф., посвящен. 125-летию созд. первой в России каф. кож.-вен. бол. - СПб., 1994. - С.21-22.
6. Ситдиков Ф.Г., Шайхелисламова М.В., Валеев И.Р. Влияние учебной нагрузки и условий производства на функциональное состояние симпато-адреналовой системы и показатели регуляции сердечного ритма у девушек 17-18 летнего возраста. // Физиология человека. - 2001. - Т.27. -№5. - С.60-67.
7. Шарапов А.Н, Нейроэндокринная регуляция вегетативных функций и вегетососудистых дистоний в детском возрасте. Физиология развития ребенка. / Под ред. М.М. Безруких, Д. А. Фарбер. - М.: Образование от А до Я, 2000. - С.127-142.
8. Глазачев О.С., Рыбаков В.П., Тупицын И.О. Вегетативный и психоэмоциональный статус у младших школьников из регионов радионуклидного загрязнения местности // Физиология человека. -1994. - Т.20. - №2. - С.129-135.
9. Вейн А.М. Проблемы и перспективы детской веге-тологии // Актуальные вопросы кардиологии и ве-гетологии детского возраста. - М., 1986. - С.73-76.
10. Калюжная Р.А. Физиология и патология сердечно-сосудистой системы детей и подростков. - М., 1973. - 325 с.
11. Антропова М.В. Реакции основных физиологических систем организма детей 6-12 лет в процессе адаптации к учебной нагрузке // Физиология человека. - 1988. - Т.9. - №1. - С.18-24.
12. Горбунов Н.П. Процессы физиологической адаптации школьников в условиях дифференциации образования: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. -Тюмень, 2002. - 37 с.
13. Lamid S., Wolff F. Drug failure in reducing pressor effect of isometric handship stress test in hypertension // Amer. Heart J. - 1973. - Vol.86. - N 2. -P.211.
14. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкий С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: Наука, 1984. - 221 с.
15. Матлина Э.Ш., Киселева З.М., Софиева И.Э. Методика определения адреналина, норадреналина, дофамина и ДОФА в одной порции мочи // Методы исследования некоторых гормонов и медиаторов. - М., 1965. - С.23-25.
16. Гринене Э., Линдишене Д., Бурнейкене В. Особенности динамики некоторых вегетативных функций у младших школьников в процессе учебного года. // Физиология человека. - 1978. -Т.4. - №4. - С.708-715.
17. Матлина Э.Ш., Меньшиков В.В. Клиническая биохимия катехоламинов. - М.: Медицина, 1967. - С.304.
18. Розен В.Б. Основы эндокринологии. - М.: Высшая школа, 1984. - С.82-107.
19. Кассиль Г.Н. Некоторые общие закономерности реагирования симпато-адреналовой системы при адаптации организма к физическим нагрузкам // Нервные и эндокринные механизмы стресса. -Кишинев, 1978. - С.122-135.
20. Лейтес С. М. Механизм действия гормонов. - Киев, 1959. - С.50.
21. Zipt H.F. Zim "ausganswertgesetz" von Wilder // Klin. Wochensclirift. - 1947. - B.24-25. - S.545.
22. Акинина С. П. Возрастное становление активности симпато-адреналовой системы и отдельных показателей холинергической системы у детей и подростков: Автореф. дис. . канд. биол. наук. -М., 1977. - 23 с.
Рис.1 Процентное соотношение детей с различными вариантами ИВТ (А - мальчики, Б - девочки; а - симпатикотония, б - нормотония, в - ваготония)
Рис.2. Сдвиг в экскреции А - I, НА - II, ДА - III и ДОФА - IV под влиянием изометрической нагрузки у мальчиков - А и девочек - Б с различным ИВТ (а - симпатикотония, б - нормотония, в - ваготония)
Таблица 1
Характеристики различных вариантов исходного вегетативного тонуса _________________у обследованных школьников (М ±т)__________________________________
№ Исходный вегетативный тонус Параметры
Мо, мс АМо, % Ах, мс ИН, усл.ед. ЧСС, уд/мин ВИК, усл.ед.
М Д М Д М Д М Д М Д М Д
1 Симпатото- ники 636,00 ±9,24 605,00 ±6,24 30,01 ±0,65 35,60 ±0,69 182,12 ±2,89 152,00 ±1,75 131,29 ±2,15 205,00 ±2,16 95,85 ±1,25 99,25 ±1,20 31,30 ±1,33 35,90 ±1,30
2 Нормотони- ки 629,00 ±10,31 630,00 ±10,62 26,00 ±0,59 24,40 ±0,63 232,00 ±3,09 231,00 ±2,68 64,73 ±1,30 68,22 ±1,39 91,66 ±1,96 96,00 ±1,01 25,00 ±1,70 32,16 ±1,24
3 Ваготоники 688,00 ±12,49 778,00 ±19,86 21,18 ±0,55 18,62 ±0,67 309,36 ±3,13 394,33 ±2,83 46,50 ±1,33 35,82 ±1,28 87,33 ±0,95 80,60 ±1,92 8,54 ±0,31 5,70 ±0,34
р 1-2 * * ** * ** * ** * **
р 2-3 ** ** * ** * ** ** ** ** ** **
р 3-1 ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** **
Примечание: "*" и "**" - достоверность различий на уровне значимости соответственно 0,05, 0,01 и выше (М-мальчики, Д-девочки)
Таблица 2
Показатели экскреции катехоламинов и ДОФА у школьников с различными вариантами исходного вегетативного тонуса (М±т) і___________________
№ Исходный вегетативный тонус Количество детей (п) А, нг/мин НА, нг/мин ДА, нг/мин ДОФА, нг/мин
М Д М Д М Д М Д М Д
1 Симпато- тоники 10 12 8.49 ±0.78 7.24 ±0.84 20.66 ±1.35 16.85 ±1.19 124.33 ±4.73 111.57 ±3.27 22.17 ±1.33 12.15 ±1.08
2 Нормото- ники 10 12 8.66 ±0.30 6.97 ±0.07 16.13 ±1.28 13.71 ±0.93 157.40 ±8.22 124.33 ±5.12 20.34 ±1.80 15.52 ±1.24
3 Ваготоники 11 12 14.83 ±0.43 7.19 ±0.51 16.03 ±1.36 15.35 ±1.31 157.27 ±4.34 133.01 ±5.84 13.94 ±1.62 22.17 ±2.16
р 1-2 * * ** *
р 2-3 ** * *
р 3-1 ** * ** ** ** **
Примечание: "*" и "**" - достоверность различий на уровне значимости соответственно 0.05, 0.01 и выше (М-мальчики, Д-девочки)
Н.Б.ДИКОПОЛЬСКАЯ, О.К.ПОБЕЖИМОВА, С.И.РУСИНОВА, Ф.Г.СИТДИКОВ,
Л.М. УРАКОВА, М.В.ШАЙХЕЛИСЛАМОВА, А.С.ШАЛАВИНА PHYSIOLOGICAL MECHANISMS OF ADAPTATION OF PUPILS TO AN ACADEMIC LOAD
N.B.Dickoposkaya, O.K.Pobezhimova, S.I.Rusinova, F.G.Sitdikov, L.M.Urakova, M.B.Shihelislamova, A.S.Shalavina
Let's carry out the comparative analysis of a functional condition of simpato-adrenalinic system and its reactions to isometric loading at seven-year pupils sexes depending on features of vegetative regulation of a warm rhythm.
Key words: adaptation, academic load, simpato-adrenalinic system
Дикопольская Наталья Борисовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Побежимова Ольга Константиновна - кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Русинова Сазида Исмагиловна - кандидат биологических наук, профессор кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета Ситдиков Фарит Габдулхакович - доктор биологических наук, заведующий кафедрой анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Уракова Лариса Михайловна - директор школы №143 г.Казани
Шайхелисламова Мария Владимировна - доктор биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Шалавина Анна Сергеевна - кандидат биологических наук, доцент кафедры физической культуры Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
E-mail: [email protected]
