CC BY
87
№ 1 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки
УДК 612.223:613.6:623.974
ФУНКЦИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ВОДОЛАЗОВ
Е. Ю. Бурлак, Е. Г. Мирошников, О. И. Кириллов
ФГБУН «Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского» Дальневосточного отделения Российской академии наук (г. Владивосток)
Проведено исследование состояния вентиляционной функции легких у профессиональных водолазов (мужчин). Были обследованы 53 водолаза, работающих на малых и средних глубинах в снаряжении с открытой схемой дыхания. Группу контроля составили 36 здоровых мужчин, не подвергающихся гипербарическим воздействиям. Установлено, что для водолазов характерны высокие показатели форсированной жизненной емкости легких, но более низкие объемно-скоростные параметры форсированного выдоха (МОС50, МОС25, СОС25.75) и отношения ОФВ^ФЖЕЛ и СОС25.75/ФЖЕЛ. Предполагается, что данный стереотип функции внешнего дыхания формируется в результате регулярных гипербарических воздействий и отражает начальные признаки нарушений бронхиальной проходимости.
Ключевые слова: водолазы, респираторная система.
Бурлак Елена Юрьевна — младший научный сотрудник отдела гипербарической физиологии и водолазной медицины ФГБУН «Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского», г. Владивосток, рабочий телефон: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
Мирошников Евгений Георгиевич — кандидат медицинских наук, заведующий отделом гипербарической физиологии и водолазной медицины ФГБУН «Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского», г. Владивосток, рабочий телефон: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
Кириллов Олег Иванович — доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории фармакологии ФГБУН «Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского», г. Владивосток, рабочий телефон: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
Водолазы, работающие на малых и средних глубинах, составляют основную категорию представителей данной профессии, однако информация о характере функциональных перестроек в их организме, в том числе и в респираторной системе, имеет существенные пробелы. Между тем оптимальное состояние адаптационных процессов является непременным условием для поддержания необходимого уровня физической работоспособности в процессе подводных погружений.
В данном сообщении представлены результаты сравнительного одномоментного исследования вентиляционной функции легких у профессиональных водолазов.
Материалы и методы. Анализировались результаты обследований 53-х профессиональных водолазов, совершающих систематические подводные спуски на малые и средние глубины с использованием снаряжения с открытой схемой дыхания (акваланг), дыхательная смесь — сжатый воздух. Группу контроля составили 36 мужчин, не имеющих опыта подводных погружений и не подвергающихся гипербарическим воздействиям.
Протокол исследования одобрен независимым этическим комитетом Тихоокеанского государственного медицинского университета, г. Владивосток (протокол № 2, дело № 9 от 18 ноября 2013 года). Все испытуемые подписали добровольное информированное согласие на участие в эксперименте.
Функцию внешнего дыхания оценивали с помощью спирометрии (Spiro USB (Micro Medical Ltd., Великобритания)). Измерения выполнены в соответствии с объединенными рекомендациями Американского торакального и Европейского респираторного обществ(ATS/ERS (2005)) [4]. Анализировались показатели: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за первую секунду ФЖЕЛ (ОФВ^, средняя объемная скорость экспираторного потока на уровне от 25 до 75 % ФЖЕЛ (СОС25.75 ), мгновенная объемная скорость после выдоха 25, 50 и 75 % ФЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75 ), отношения ОФВ^ФЖЕЛ и СОС25-75/ФЖЕЛ.
Статистический анализ данных выполнен с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0 (StatSoft Inc.). Вид распределения величин в выборке определяли по критерию Шапиро-Уилка. Для характеристики групп использовали среднее значение признаков и стандартное отклонение (M ± SD) — в случае параметрического распределения; медиану и интерквартильный размах (Me (LQ—UQ)) — для непараметрических данных. Оценку значимости различий между группами производили с помощью U критерия Манна-Уитни. Значимость различий между двумя величинами, выраженными в процентах, оценивалась с помощью одностороннего теста в подмодуле «Difference Tests: R, %, Means» (Statistica). Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.
Результаты исследования. Общий трудовой стаж водолазов составлял (Me (LQ—UQ)) 10 (5-16) лет, подводный стаж — 2000 (500-3500) часов, средняя глубина подводных погружений — 12 (12-16) м, максимальная глубина — 40 (30-52) м.
Изучаемые группы не имели статистически значимых различий в отношении возраста, роста, массы тела, числа курящих испытуемых и индекса курения, а также в отношении количества лиц с атопическими проявлениями в анамнезе (табл. 1).
Таблица 1
Характеристики групп сравнения
Параметры Контроль Водолазы p
Возраст, число лет 36 ± 11 38 ± 10 0,10
Рост, см 177 ± 6 179 ± 7 0,12
Масса тела, кг 80 ± 11 83 ± 12 0,30
ИМТ, кг/м2 25,6 ± 3,6 25,7 ± 3,3 0,87
Число курильщиков 10 (27,8 %) 15 (28,3 %) 0,96
Индекс курения, пачка/лет 8 (8-12) 16 (11-22) 0,17
Число лиц с атопией в анамнезе 8 (22,2 %) 12 (22,6 %) 0,54
Примечание: здесь и далее данные представлены в виде М ± SD и Ме (LQ—UQ)
Показатели ФЖЕЛ как в абсолютных цифрах (табл. 2), так и в процентном отклонении от должных величин (табл. 3) были выше у водолазов, чем у лиц контрольной группы. Различий в отношении показателей ОФВ1 ФЖЕЛ не наблюдалось, но другие объемно-скоростные параметры выдоха (МОС50, МОС25, СОС25.75) и отношения ОФВ1/ФЖЕЛ, СОС25.75/ФЖЕЛ были выше у испытуемых контрольной группы (табл. 2, 3). У трех водолазов показатели отношения ОФВ1/ФЖЕЛ не достигли 0,7 (при значениях ОФВ1 более 100 % от должных значений), что потребовало дополнительных диагностических мероприятий для исключения бронхиальной обструкции. В группе контроля подобных изменений не выявлено.
Таблица 2
Вентиляционные показатели водолазов и лиц контрольной группы
Показатели Контроль Водолазы P
ФЖЕЛ, л 5,3 ± 0,7 5,6 ± 0,9 0,02
ОФВ1, л 4,3 ± 0,7 4,3 ± 0,7 0,80
ПОС, л/с 9,9 (9,1-10,9) 10,0 (9,2-10,8) 0,97
ОФВ1/ФЖЕЛ 0,82 ± 0,04 0,77 ± 0,06 0,001
МОС25, л/с 8,5 (7,7-9,1) 7,9 (6,9-9,0) 0,06
МОС50, л/с 4,9 (4,2-5,9) 4,3 (4,0-5,1) 0,04
МОС75, л/с 1,8 (1,5-2,4) 1,4 (1,2-1,7) 0,01
СОС25-75, л/с 4,0 (3,5-5,0) 3,6 (3,1-4,1) 0,01
СОС25-75/ФЖЕЛ 0,80 ± 0,15 0,67 ± 0,18 < 0,001
Таблица 3
Вентиляционные показатели водолазов и лиц контрольной группы (% отклонение от должных величин)
Показатели Контроль Водолазы P
ФЖЕЛ 106 ± 10 112 ± 14 0,03
ОФВ1 105 ± 11 105 ± 13 0,89
ПОС 103 (96-114) 105 (96-116) 0,95
МОС25 102 (96-116) 99 (82-112) 0,08
МОС50 93 (80-102) 84 (73-99) 0,04
МОС75 74 (64-94) 60 (47-74) 0,001
СОС25-75 87 (76-103) 78 (65-92) 0,02
Обсуждение результатов. Перечень факторов, сопутствующих подводным погружениям и способных вызывать неблагоприятные изменения органов дыхания, обширен
и включает множество физических и химических воздействий. Наибольшее значение имеют повышенное давление окружающей среды, высокая плотность дыхательных смесей, гипероксия и декомпрессионный стресс. Под действием перечисленных стрессоров развиваются существенные преобразования в механике дыхания, легочном кровообращении и респираторном драйве, направленные на поддержание адекватного газообмена в условиях гипербарии. Систематические водолазные погружения могут приводить к устойчивым долговременным изменениям со стороны органов дыхания [1].
Результаты работ, посвященных отдаленным последствиям регулярных подводных погружений, противоречивы, выявляемые изменения варьируют от незначительных [7] до существенных [4]. Тем не менее, анализ литературных данных позволяет утверждать, что для профессиональных водолазов характерен определенный паттерн внешнего дыхания, заключающийся в увеличении статических легочных объемов и в умеренном снижении объемно-скоростных параметров форсированного выдоха [3, 4, 8].
Данные, полученные нами, демонстрируют аналогичные результаты. Выявлено небольшое увеличение ФЖЕЛ без пропорционального роста скоростных показателей
(СОС25.75 и МОС25 ,50,75/-
Причины и механизмы развития описанных изменений, а также их физиологическое значение остаются неизвестными. В случаях отсутствия нарушений механики дыхания обструктивного типа диспропорция между ЖЕЛ и ОФВ^ а также средней объемной скоростью форсированного выдоха отражает несоответствие между размерами дыхательных путей и легочной паренхимой и может быть обусловлена как врожденными особенностями водолазов, так и неблагоприятными внешними факторами. В ряде исследований было продемонстрировано, что это явление ассоциировано с бронхиальной гиперреактивностью и предположительно играет роль в патогенезе развития бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких [6].
Гипероксия, газовые декомпрессионные пузырьки, гипотермия, сопровождающие трудовую деятельность водолазов, способны инициировать повреждения воздухопроводящих путей и легочной паренхиматозной ткани. Строгие медицинские требования, предъявляемые к состоянию здоровья профессиональных водолазов, обуславливают высокие функциональные резервы и хорошие адаптационные возможности этой категории лиц. С другой стороны, систематические многократные воздействия вредных факторов могут сопровождаться развитием хронического персистирующего воспалительного процесса в дыхательных путях, что находит отражение в характерных спирометрических изменениях. Возрастание бронхиальной чувствительности к бронхоконстрикторным факторам, выявляющееся после подводных погружений [2], а также более высокие темпы снижения ОФВ1 и СОС25-75 у водолазов, продемонстрированные в динамическом наблюдении [8], подтверждают данные выводы.
Список литературы
1. Дмитрук А. И. Медицина глубоководных погружений / А. И. Дмитрук. — СПб. : ГОУ СПО «СПб ГИПТ», 2004. — 292 с.
2. Cirillo I. Airway reactivity and diving in healthy and atopic subjects / I. Cirillo, A. Vizzaccaro, E. Crimi // Medicine and Science in Sports and Exercise. — 2003. — Vol. 35, N 9. — P. 1493-1498.
3. Co-ordinated investigation into the possible long term health effects of diving at work : Examination of the long term health impact of diving : The ELTHI diving study : Research report (Great Britain. Health and Safety Executive). Vol. 230 / J. I. Macdiarmid [et al.].
— Sudbury : HSE Books, 2004. - 91 p.
4. Crosbie W. Functional characteristics of the large lungs found in commercial divers / W. Crosbie, J. Reed, M. Clarke // Journal of Applied Physiology. — 1979. — Vol. 46. — P. 639-645.
5. Standardisation of spirometry / M. R. Miller [et al.] // European Respiratory Journal. — 2005.
— Vol. 26. — P. 319-338.
6. Parker A. L. Ratio between forced expiratory flow between 25 and 75 % of vital capacity and FVC is a determinant of airway reactivity and sensitivity to methacholine / A. L. Parker,
M. Abu-Hijleh, F. McCool // Chest. — 2003. — Vol. 124, N 1. — P. 63-69.
7. The long-term effects of compressed gas diving on lung function in New Zealand occupational divers: a retrospective analysis / C. Sames, D. Gorman, S. Mitchell, G. Gamble // Diving and Hyperbaric Medicine. — 2009. — Vol. 39. — P. 133-138.
8. Lung function over six years among professional divers / M. Skogstad, E. Thorsen, T. Haldorsen, H. Kjuus // Occupational and Environmental Medicine. — 2002. — Vol. 59, N 9.
— P. 629-633.
FUNCTION OF EXTERNAL RESPIRATION AT PROFESSIONAL DIVERS
E. Y. Burlak, E. G. Miroshnikov. O. I. Kirillov
FSBHE «Institute of Marine Biology n. a. A. V. Zhirmunsky», Far Eastern Branch of the
Russian Academy of Sciences (Vladivostok)
A comparative study of the lung ventilation at professional male divers was carried out. The results of medical examination of fifty three SCUBA divers operating at shallow and mean depth with compressed air were included in the analysis. Thirty six healthy men with no hyperbaric exposure experience formed the control group.
It was revealed that the divers are characterized by high forced vital capacity values but lower forced expiration flows (FEF25—75, FEF50, FEF25) and lower FEV1/FVC, FEF25—75/FVC ratios. It is supposed that the external respiration pattern is formed as a result of the regular (repeated) hyperbaric effect and reflects the earliest signs of abnormalities in airway conductance.
Keywords: divers, respiratory system.
About authors:
Burlak Elena Yurevna — junior researcher of department of hyperbaric physiology and diving medicine at FSBHE «Institute of Marine Biology n. a. A. V. Zhirmunsky», Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, office phone: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
Miroshnikov Evgeny Georgiyevich — candidate of medical sciences, head of department of hyperbaric physiology and diving medicine at FSBHE «Institute of Marine Biology n. a. A. V. Zhirmunsky», Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, office phone: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
Kirillov Oleg Ivanovich — doctor of medical sciences, professor, leading researcher of pharmacological laboratory at FSBHE «Institute of Marine Biology n. a. A. V. Zhirmunsky», Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, office phone: 8 (423) 231-06-74, e-mail: [email protected]
List of the Literature:
1. Dmitruk A. I. Medicine of deep diving / A. I. Dmitruk. — SPb. : Public Educational Institution of Secondary Vocational Education SPb SPTC, 2004. — 292 P.
2. Cirillo I. Airway reactivity and diving in healthy and atopic subjects / I. Cirillo, A. Vizzaccaro, E. Crimi // Medicine and Science in Sports and Exercise. — 2003. — Vol. 35, N 9. — P. 1493-1498.
3. Co-ordinated investigation into the possible long term health effects of diving at work : Examination of the long term health impact of diving : The ELTHI diving study : Research report (Great Britain. Health and Safety Executive). Vol. 230 / J. I. Macdiarmid [et al.].
— Sudbury : HSE Books, 2004. — 91 p.
4. Crosbie W. Functional characteristics of the large lungs found in commercial divers / W.
Crosbie, J. Reed, M. Clarke // Journal of Applied Physiology. — 1979. — Vol. 46. — P. 639-645.
5. Standardisation of spirometry / M. R. Miller [et al.] // European Respiratory Journal. — 2005.
— Vol. 26. — P. 319-338.
6. Parker A. L. Ratio between forced expiratory flow between 25 and 75 % of vital capacity and FVC is a determinant of airway reactivity and sensitivity to methacholine / A. L. Parker,
M. Abu-Hijleh, F. McCool // Chest. — 2003. — Vol. 124, N 1. — P. 63-69.
7. The long-term effects of compressed gas diving on lung function in New Zealand occupational divers: a retrospective analysis / C. Sames, D. Gorman, S. Mitchell, G. Gamble // Diving and Hyperbaric Medicine. — 2009. — Vol. 39. — P. 133-138.
8. Lung function over six years among professional divers / M. Skogstad, E. Thorsen, T. Haldorsen, H. Kjuus // Occupational and Environmental Medicine. — 2002. — Vol. 59, N 9.
— P. 629-633.
