Компенсаторно-приспособительная перестройка системы внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК [612.2:612.017.2] (470.1/.2)

КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕСТРОЙКА СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ЖИТЕЛЕЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

© 2008 г. О. Н. Попова, *Н. А. Глебова, А. Б. Гудков

Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск

*Научно-исследовательская лаборатория ФГУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, г. Кировск

В условиях Крайнего Севера система дыхания здорового человека, как и другие функциональные системы, подвергается значительной приспособительной перестройке, направленной на обеспечение нормальной жизнедеятельности. Известно, что еще первые поселенцы Заполярья отмечали затрудненное дыхание и повышенную утомляемость при выполнении повседневной работы [4, 6] как проявление напряженного газообмена [7]. В последующем это состояние получило название «полярная одышка» [5, 9].

Экстремальные природно-климатические условия Крайнего Севера характеризуются полиморфизмом пульмонотропных факторов [3]. Поэтому не случайно результаты изучения внешнего дыхания у северян нередко отличаются заметной разноречивостью, что, вероятно, объясняется как особенностями измерения легочных объемов [2], так и тем, что далеко не всегда можно полностью учесть всю полноту экологической ситуации и уровень адаптированности обследуемых [10]. Кроме того, значительная частота и распространенность заболеваний дыхательной системы на Крайнем Севере [8] свидетельствует о необходимости углубленного изучения базисных механизмов их формирования. Возникновению патологии органов дыхания могут предшествовать изменения функциональных параметров внешнего дыхания. Исходя из этого изучение функционального состояния системы внешнего дыхания у северян является весьма актуальным не только с теоретической, но и практической точки зрения.

Объем и методы исследования

Исследование функции внешнего дыхания было проведено в зимний период (январь — февраль) у молодых лиц трудоспособного возраста, родившихся и постоянно проживающих в г. Кировске Мурманской области. В условиях теплового комфорта обследованы 26 мужчин (средний возраст (23,0 ± 0,8) года) и 28 женщин (средний возраст (20,1 ± 0,5) года). В число обследованных не были включены лица, имеющие хронические заболевания органов дыхания, хронические заболевания других органов и систем, влияющих на функцию внешнего дыхания, и перенесшие за последние предшествующие обследованию 3 месяца какие-либо острые заболевания.

Исследование проводилось в первой половине дня, через 1,5— 2 часа после принятия пищи, после 20-минутного отдыха, в условиях температурного комфорта и относительного покоя. Все показатели регистрировались в положении сидя. Непосредственно перед началом обследования проводилась антропометрия по общепринятой методике в связи с использованием этих данных как основы для расчетов должных величин.

Исследованы показатели функции внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера. Установлено, что фактические величины жизненной емкости легких (ЖЕЛ) больше должных у мужчин на 16 % ^ < 0,01), а у женщин на 26 % ^ < 0,001). Фракционный анализ ЖЕЛ показал, что фактические величины резервных объемов вдоха и выдоха, дыхательного объема также превышают должные. В состоянии покоя у северян наблюдается гипервентиляция за счет роста величины как дыхательного объема, так и частоты дыхания. Анализ величины максимальной вентиляции легких указывает на то, что функциональные способности системы внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера сохранены.

Ключевые слова: Крайний Север, внешнее дыхание.

Экология труда в Баренц-регионе

Экология человека 2008.10

Для изучения функционального состояния системы внешнего дыхания у обследуемых был использован метод спирографии при помощи прессотахоспирогра-фа ПТС 14П-01, позволяющий проводить измерения и регистрацию основных объемных и скоростных показателей при проведении функциональных дыхательных тестов, а также автоматически рассчитывающий некоторые должные величины.

Полученные данные подвергали комплексной статистической обработке с использованием электронных таблиц Excel 7.0 для среды Windows-98 с помощью стандартных программ математического обеспечения. Так как единицы наблюдения в выборочных совокупностях подчинялись закону нормального распределения, для оценки достоверности различий между средними показателями был использован параметрический критерий Стьюдента. В связи с тем, что сравниваемые выборочные совокупности являлись независимыми, был применен двухвыборочный критерий Стьюдента, при этом различия сравниваемых показателей принимались достоверными при уровне значимости р < 0,05—0,001.

Результаты и их обсуждение

Одним из непременных условий правильной оценки функции внешнего дыхания является сопоставление полученных при ее исследовании фактических показателей с соответствующими должными величинами.

Статистическая обработка полученных результатов показала, что у здоровых уроженцев Крайнего Севера в системе внешнего дыхания происходят функциональные перестройки, которые регистрируются в виде различных отклонений от должных величин (табл. 1). Так, фактические величины жизненной емкости легких (ЖЕЛ) превышают должные значения как у мужчин (р < 0,01), так и у женщин (р < 0,001). Так как величина ЖЕЛ является показателем, отражающим функциональные возможности системы внешнего дыхания в целом и косвенно указывает на максимальную площадь дыхательной поверхности легких, обеспечивающей газообмен, можно заключить, что у жителей Заполярья создаются условия для более эффективного приспособления легочной вентиляции к удовлетворению повышенных метаболических потребностей организма.

Таблица 1

Статические легочные объемы и емкости у жителей крайнего Севера

Показа- тель, л Мужчины (n=26) Женщины (n=28)

M+m К должной величине, % M+m К должной величине, %

ЖЕЛ 6,04+0,26 116** 4,64+0,17 126***

РОвд 2,83+0,18 165*** 2,09+0,09 173***

РОвыд 2,92+0,2 225*** 1,91+0,12 208***

до 0,96+0,07 123* 0,77+0,05 140***

Примечание. Различия достоверны при * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001.

При фракционном анализе ЖЕЛ выявлено, что у мужчин и женщин, родившихся и постоянно проживающих на Крайнем Севере, фактические величины резервных объемов вдоха (РОвд) и выдоха (РОвыд) превышают должные (р < 0,001). При этом РОвыд в большей степени превышает должную величину, чем РОвд. Известно, что величины РОвд и РОвыд тесно связаны с размерами тела и ЖЕЛ. В то же время общепризнано, что величина РОвыд, которая участвует в формировании функциональной остаточной емкости легких, более важна для стабилизации дыхания, чем значение РОвд [11]. Физиологический смысл повышенных резервных объемов вдоха и выдоха у северян понятен, так как в этом случае имеется большая потенциальная возможность значительного увеличения легочной вентиляции за счет использования этих объемов как в покое, так и при физической нагрузке, а значит, поступления кислорода в легкие и выделения углекислого газа из организма.

Демонстративным показателем функции системы внешнего дыхания является величина дыхательного объема (ДО). Установлено, что у жителей высоких широт фактические величины ДО у мужчин (р < 0,05) и у женщин (р < 0,001) превышают должные. Расчет процентного отношения ДО и ЖЕЛ показал, что при дыхании в состоянии покоя уроженцы Крайнего Севера используют 16—17 % абсолютной величины ЖЕЛ. Следовательно, 83—84 % ЖЕЛ при спокойном дыхании у них находится в резерве. Превышение фактических величин ДО должных у молодых лиц трудоспособного возраста, проживающих в суровых условиях высоких широт, вероятно, способствует увеличению количества функционирующих альвеол.

в общем комплексе методов и проб, используемых при функциональном исследовании аппарата внешнего дыхания, большое место занимает изучение легочной вентиляции в покое, поскольку основное предназначение вентиляции легких заключается в поддержании парциального давления кислорода в альвеолярном газе. Наиболее ярко отражает функциональные особенности аппарата внешнего дыхания такой показатель легочной вентиляции, как величина минутного объема дыхания (МОД). У жителей Крайнего Севера при сравнении фактических величин МОД с должными установлено достоверное (р < 0,001) повышение минутной легочной вентиляции как у мужчин, так и у женщин (табл. 2).

Так как обследование жителей Крайнего Севера проводилось согласно общепринятым рекомендациям в условиях относительного покоя, в теплом помещении, полученные величины МОД указывают на гипервентиляцию легких в обычных условиях. Учитывая климато-географические особенности Крайнего Севера, наиболее вероятной причиной развития компенсаторной вентиляторной реакции можно предполагать действие низкой температуры воздуха в зимнее время года. Морфологической основой данного функционального сдвига может быть умеренный отек межальвеолярных

Таблица 2

Показатели легочной вентиляции у жителей Крайнего Севера

(М ± т)

Показа- тель Мужчины (n=26) Женщины (n=28)

Факти- ческая величина Должная величина Факти- ческая величина Должная величина

МОД, л/мин 17,2+1,2* 6,3+0,1 16,1+1,3* 5,05+0,05

ЧД, кол./мин 18,6+1,1* 8,1 +0,1 20,8+1,0* 9,0+0,2

МВЛ, л/мин 139,0+8,2 131,4 +2,4 103,5 +6,6 92,2+1,1

Примечание. Достоверные отличия фактических величин от должных при * — р < 0,001.

перегородок, который у северян был подтвержден электронно-микроскопически [10]. Необходимо подчеркнуть, что повышенная легочная вентиляция приводит к увеличению энергозатрат, так как известно, что при изменениях МОД в пределах 25 литров на каждый литр вентилируемого легкими воздуха расходуется примерно

0,13 ккал [1]. Возрастание энергозатрат в покое отражает нарушение принципа экономизации функции и может косвенно указывать на потерю резерва и уменьшение способности к совершению работы, а значит, и на более напряженную работу аппарата внешнего дыхания у жителей Крайнего Севера.

Гипервентиляция у жителей Крайнего Севера связана с синхронным увеличением как величины ДО, так и частоты дыхания (р < 0,001), что является наиболее эффективным механизмом обеспечения оптимального сочетания повышенного газообмена с минимизацией энергозатрат. В то же время при компенсаторной гипервентиляции вентиляционный аппарат находится в состоянии напряжения. Это указывает на то, что в морфологической структуре респираторных отделов легких имеются какие-то изменения. В связи с этим гипервентиляцию, вероятно, можно отнести к состоянию пульмонологического риска [12].

Легочные объемы, показывая количество воздуха, содержащегося в легких при определенных положениях грудной клетки или дыхательных маневрах, характеризуют функциональные возможности аппарата внешнего дыхания, а его функциональные способности можно определить при изучении максимальной вентиляции легких (МВЛ), суммарного показателя вентиляционной функции аппарата внешнего дыхания. Анализ значений МВЛ у жителей Крайнего Севера показал, что фактические величины ее соответствуют должным (р > 0,05) как у мужчин, так и у женщин.

Таким образом, исследование некоторых показателей функции внешнего дыхания у лиц, родившихся и проживающих в условиях Крайнего Севера, позволило установить изменения функционального состояния респираторной системы, которые формируются как компенсаторно-приспособительные реакции организма в ответ на комплексное воздействие экстремальных природно-климатических факторов.

Список литературы

1. Агаджанян Н. А. Экологическая физиология человека / Н. А. Агаджанян, А. Г Марачев, Г А. Бобков. — М., 1998. - С. 279-245.

2. Гришин О. В. Дыхание на севере. Функция. Структура. Резервы. Патология / О. В. Гришин, Н. В. Устюжанинова.

- Новосибирск, 2006. - С. 45-50.

3. Гудков А. Б. Пульмонотропные факторы Европейского Севера / А. Б. Гудков, О. Н. Попова // Вестник Поморского университета. - 2008. - № 2. - С. 15-22.

4. Данишевский Г. М. Патология человека и профилактика заболеваний на Севере / Г М. Данишевский. - М. : Просвещение, 1989. - 175 с.

5. Деряпа Н. Р. Адаптация человека в полярных районах Земли / Н. Р Деряпа, И. Ф. Рябинин. - Л., 1977. - 294 с.

6. Кандрор И. С. Очерки по физиологии и гигиене человека на Крайнем Севере / И. С. Кандрор. - М. : Медицина, 1968. - 280 с.

7. Кононов Л. С. Внешнее дыхание и энергетический обмен в процессе акклиматизации человека на Крайнем Севере : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Кононов Л. С.

- Петрозаводск, 1972. - 17 с.

8. Милованов А. П. Адаптация малого круга кровообращения человека в условиях Севера / А. П. Милованов. -Новосибирск, 1981. - С. 96-106.

9. НевероваН. П. Состояние вегетативных функций у здоровых людей в условиях Крайнего Севера : автореф. дис. ... д-ра мед. наук / Неверова Н. П. - Новосибирск, 1972. - 39 с.

10. Патология человека на Севере / А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, А. Г. Марачев, А. П. Милованов. -М. : Медицина, 1985. -С. 86-104.

11. Шик Л. Л. Руководство по клинической физиологии дыхания / Л. Л. Шик. - Л., 1980. - 375 с.

12. Шишкин Г. С. Функциональная вариабельность показателей вентиляции и газообмена у здоровых молодых мужчин в Западной Сибири / Г С. Шишкин, Н. В. Устюжанинова // Физиология человека. - 2006. -Т. 32, № 3. - С. 79-83.

COMPENSATORY-ADAPTIVE CHANGE OF EXTERNAL RESPIRATION SYSTEM IN FAR NORTH RESIDENTS О. N. Popova, *N. А. Glebova, А. B. Gudkov

Northern State Medical University, Arkhangelsk *Kola Research Laboratory for Occupational Health,

Russian Agency for Health and Consumer Rights, Kirovsk

Indices of external respiration function in the Far North residents have been studied. It has been established that actual values of lung capacity (LC) were 16 % bigger than the proper values (p < 0.01) in men and 26 % (p < 0.001) - in women. The fractional analysis of LC has shown that actual values of reserve inspiratory and expiratory capacity, breathing capacity also exceeded the proper values. In rest state, hyperventilation was observed in the northeners due to the increased values of both breathing capacity and breathing rate. The analysis of the value of lung maximum ventilation indicated that functional abilities of the external respiration system were preserved in the residents of the Far North.

Key words: Far North, external respiration.

Контактная информация:

Попова Ольга Николаевна - кандидат медицинских наук, доцент института гигиены и медицинской экологии Северного государственного медицинского университета

Адрес: 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, д. 51, СГМУ

Тел. (8182) 18-50-93

Статья поступила 15.07.2008 г.