CC BY
49
ЗДОРОВЬЕ, ОБРАЗ ЖИЗНИ, ЭКОЛОГИЯ
© МИХАЙЛОВА Л.А., МАТЫСКИН А.В.
ОСОБЕННОСТИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ
ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА
Л.А.Михайлова, А.В. Матыскин Красноярский государственный медицинский университет им. проф.В.Ф.
Войно-Ясенецкого, ректор - д.м.н., проф. И.П. Артюхов; кафедра физиологии, зав. - д.м.н., проф. Ю.И.Савченков.
Резюме. Проведено обследование 301 здорового ребенка, в возрасте 7-10 лет обоего пола, проживающего в промышленном городе Восточной Сибири в районах с высоким промышленным загрязнением (I группа), крупными автомобильными развязками (II группа) и спальном (III группа). Получены выражения для пяти главных компонент, определяющих характер дыхания, три из которых позволяют определить различия паттерна дыхания в зависимости от характера загрязнения.
Ключевые слова: дети, внешнее дыхание, экология, промышленный город.
Михайлова Людмила Аркадьевна - д.б.н., член-корр. РАЕН, проф. кафедры физиологии КрасГМУ; e-mail: [email protected], тел. 8(391)-228-08-21; 228-36-40.
Матыскин Алексей Владимирович - ассистент кафедры физиологии КрасГМУ; e-mail: matiskyn @mail.ru, тел. 8 (391) 228-36-40.
К началу двадцать первого столетия сформировались устойчивые негативные тенденции в состоянии здоровья детского населения, что привело к серьезным медико-социальным последствиям, связанным с воспроизводством населения, формированием кадрового и
интеллектуального потенциала [1, 2, 9]. Морфофункциональные
особенности растущего организма ребенка обусловливают наибольшую чувствительность детей к воздействию негативных антропогенных факторов окружающей среды. Дыхательная система наиболее тесно связана с внешней средой, и загрязнение атмосферы не может не сказываться на ее состоянии. Легкие человека с их огромной поверхностью представляют собой орган, который без всякого отбора поглощает любые загрязнения, имеющиеся в воздухе. Для крупных промышленных городов характерно интенсивное загрязнение атмосферы, численность загрязняющих агентов высока, и их различные комбинации могут приводить к значительным «корректирующим» влияниям на процесс роста и развития детей [3, 4, 10]. Патогенетический механизм токсического действия химических веществ на организм сложен и обусловлен интегральным взаимодействием изменений функций и структуры организма и систем, вторичных биохимических сдвигов, перестройкой нейрогуморальной регуляции [5, 12, 14]. Кроме этого, наличие крупных шоссейных развязок увеличивает загрязнение атмосферы мелкими взвешенными частицами, а при пылевом загрязнении характерны изменения бронхиальной проходимости и вентиляционно- перфузионных отношений в легких, обусловленные потерей эластичности каркаса бронхиального дерева [8, 12, 13]. В связи с этим возникает необходимость исследования функции внешнего дыхания у детей, проживающих в промышленном городе с различным характером загрязнения атмосферы .
Цель исследований - выяснить особенности функционального состояния системы внешнего дыхания здоровых у детей, проживающих в промышленном городе в районах с различным характером загрязнения, и на основе этих данных получить выражения для факторов, позволяющих описать различия в характере дыхания этих детей.
Материалы и методы
Для выяснения особенностей дыхания в различных районах промышленного города было проведено обследование школьников младших классов в школах, расположенных в трех районах г.Красноярска. Дети были осмотрены педиатром и на основании объективных и лабораторных данных выбраны только те, которые относились к I и II группам здоровья (не имели хронических заболеваний), и в последние 3 месяца не болели ОВРИ. Все дети проживали в каждом из районов с момента своего рождения. Всего обследован 301 ребенок, в возрасте 7-10 лет, мальчики составили 45,9%, девочки - 54,1%. Красноярск - крупный промышленный город,
насчитывающий более 120 промышленных, теплоэнергетических, транспортных и прочих объектов, выбрасывающих в атмосферу вредные примеси, из которых 16 являются веществами 1-11 класса опасности. Качественный состав выбросов в атмосферу отличается разнообразием твердых (30%) и газообразных (70%) веществ [7].
I группа детей (п=98) проживала в районе рядом с химическими предприятиями, в число приоритетных загрязнителей атмосферы которых входили полициклические ароматические углеводороды, бенз-а-пирен, фтористые соединения. Уровни разовых максимальных концентраций в жилых массивах этого района на всех пунктах наблюдения превышают санитарные нормы в 7-39 раз. В почвенном слое отмечается значительное превышение концентрации цинка, никеля, стронция, свинца и марганца. По
данным СЭС Красноярского края индекс, загрязнения атмосферы в этом районе составлял ИЗА= 16,1 отн.ед., среднесуточное загрязнение пылевыми частицами не превышало ПДК (до 0,15отн.ед.) и составляло СС = 0,123 отн.ед.
Дети II группы (n=94) проживали в промышленном районе, расположенном рядом с интенсивными транспортными магистралями, количество пылевых частиц вблизи школ и жилого массива которых, по данным Красноярской СЭС, превышало санитарные нормы, при этом ИЗА = 19,8 отн.ед., а среднесуточная концентрация пылевых частиц в воздухе составила 0,266 отн.ед.
III группа детей (n=109) проживала в экологически чистом (спальном) районе вдали от промышленных предприятий. ИЗА < 0,6 отн.ед., а СС = 0,08.
Регистрация параметров системы внешнего дыхания проводилась с использованием аппаратно-диагностического комплекса "Valenta+". Обследование проведено в условиях относительного основного обмена. Все параметры приведены к системе BTPS. Результаты исследований обработаны с использованием пакета программ Microsoft Excel для Windows - 2000. Расчет коэффициентов симметрии и значения
доверительного интервала позволили использовать критерий Стьюдента при сравнении исследуемых показателей. Проведены корреляционный анализ с расчетом коэффициента парной корреляции по Пирсону (r) и факторный анализ использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение Анализ параметров системы внешнего дыхания позволяет говорить о том, что у детей всех обследованных групп функционирование дыхательной системы соответствует возрастным нормативам [6, 10, 15, 16]. Во всех исследуемых группах соблюдаются основные закономерности становления системы дыхания, направленные на повышение эффективности и
экономичности дыхания и обеспечения потребностей в кислороде организма ребенка в процессе роста и развития. Значимых половых и возрастных различий исследуемых показателей внутри представленных групп детей препубертатного возраста выявлено не было, что позволило объединить детей внутри каждого района.
Установлено, что уровень минутного объема дыхания (МОД) у детей, проживающих вблизи промышленных химических предприятий (I группа), превышает значения этого показателя у детей из спального района (р<0,05), в то время как в группе детей, проживающих в районе с интенсивным автомобильным движением (II группа), показатели МОД снижены (р<0,05). Абсолютные значения их составили 14,06 ± 0,92 л/мин, 10,74 ± 0,84 л/мин и 12,04 ± 0,78 л/мин для I, II и III групп соответственно. Глубина дыхания или дыхательный объем (ДО) выше у детей I группы (0,58 ± 0,01) л и имеет минимальные значения у детей II группы (0,41 ± 0,02) л, в контроле он равен 0,47 ± 0,01 л. Показатель частоты дыхания (ЧД) не имел значимых отличий между группа (р>0,05) и составлял в среднем 26 ± 1 в мин. Установлено, что МОД у детей контрольного и I промышленного района формируется главным образом за счет дыхательного объема. Коэффициент парной корреляции между МОД и ДО составляет г = +0,67 и г =+0,76 у детей спального и I промышленного района, в то время как связь между МОД и ЧД отсутствует (г = +0,15 у III группы, г = +0,23 у I группы). Для детей II промышленного района связь МОД с ЧД слабой тесноты (г = 0,31), а корреляционная связь МОД и ДО отсутствует.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) у детей, проживающих в промышленных районах, низкая и равна 1,4 ± 0,03 л и 1,41 ± 0,07 л соответственно для I и II районов (р<0,05), в то время как в контрольной группе она составляла 1,80±0,05 л. Для выяснения соотношения объемов, составляющих ЖЕЛ, были рассчитаны следующие коэффициенты: ДО/ЖЕЛ,
РОвд/ЖЕЛ и РОвыд/ЖЕЛ. У детей спального района их значения составили соответственно 0,28±0,03 отн.ед.; 0,38±0,05 отн.ед. и 0,35±0,02 отн.ед. У представителей I промышленного района значение индекса ДО/ЖЕЛ на 15,1% выше контрольной группы (р<0,05), показатель РОвыд/ЖЕЛ снижен на 13,0%, а РОвд/ЖЕЛ соответствует контролю. Совокупная доля резервных объемов в ЖЕЛ составляет 57%, что на 15,0% меньше показателей III группы (р<0,05). Следовательно, можно предположить, что под воздействием химического загрязнения у детей препубертатного возраста происходит увеличение глубины дыхания и снижение резервных возможностей системы внешнего дыхания за счет преимущественного снижения резервного объема выдоха. У детей из II промышленного района с повышенным загрязнением взвешенными частицами ДО/ЖЕЛ составил
0,31±0,05 отн.ед., что составило +10,7%, а по показателям РОвд/ЖЕЛ и РОвыд/ЖЕЛ достоверных отличий с контрольной группой не выявлено. Следовательно, для детей, проживающих в промышленном районе с высоким уровнем загрязнения взвешенными частицами, дыхание более глубокое, чем в других районах города.
Для выяснения эффективности и экономичности работы системы внешнего дыхания был проведен анализ показателей, характеризующих форсированное дыхание. У детей из промышленных районов отмечена более низкая экономичность работы системы внешнего дыхания, отражением чего является увеличение частоты дыхания при максимальной вентиляции легких (ЧДмвл). Так, для I группы величина ЧДмвл составила 67,00 ± 1,22 в мин, для
II группы- 78,21 ± 2,06 по сравнению с контрольной группой -57,21 ± 1,85 в мин.
Наблюдаются различия в скоростных характеристиках воздушных потоках. Установлено, что у детей I группы паттерн дыхания характеризуется высокими скоростями воздушного потока при максимальной объемной
скорости в крупных бронхах (МОС 50, МОС75-85) с последующим их снижением в мелких (МОС25). У детей II района скорость воздушного потока в начале вдоха соответствует возрастным показателям детей спального района, в то время как в конце вдоха она резко снижена, что может свидетельствовать либо о нарушении проходимости мелких бронхов, либо о снижении эластичности дыхательных мышц. Показатель пиковой объемной скорости выдоха (ПОС) имеет наибольшие значения в I группе и составляет 2,31±0,03л/с, что на 37,0% выше уровня контроля (р<0,05). Значения объема воздуха на пиковой объемной скорости (ОПОС) и времени достижения пиковой объемной скорости (Тпос) свидетельствуют о том, что дети из промышленных районов характеризуются более низкими значениями указанных показателей: для I района они равны 0,30±0,03л и 0,22±0,04 с соответственно (р<0,05), для II района они составили 0,23±0,03 л и 0,32±0,04 с. У детей контрольной группы показатель ОПОС равен 0,40±0,04 л, а показатель Тпос составил 0,46±0,05 с. Низкий уровень показателей ОПОС и Тпос у детей из промышленных районов свидетельствует о том, что эти дети дышат быстрее, но поверхностно. С этими данными согласуются показатель пиковой объемной скорости на выдохе к пиковой объемной скорости на вдохе (ПОС/ПОСвд), характеризующий силу дыхательных мышц. Выявлено, что у детей, проживающих в зоне химического загрязнения, значение этого показателя превышает уровень контроля в 2 раза (р<0,001), а у детей II группы на 24,7% (р<0,05). Полученные данные продемонстрировали наличие определенных особенностей в характере дыхания здоровых детей, проживающих в промышленном городе, что является отражением влияния экологических условий на функциональное состояние системы внешнего дыхания.
В целях выявления и подтверждения зависимости функционирования системы внешнего дыхания от условий среды обитания? нами был проведен
факторный анализ исследуемых показателей. Массив данных включал 56 параметров системы внешнего дыхания. Решение этой задачи осуществлялось с применением метода главных компонент. Было выделено 5 главных компонент, характеризующих функциональное состояние системы внешнего дыхания здорового ребенка, выражения для них следующие.
Первая главная компонента дает общую характеристику дыхательных возможностей ребенка, поскольку включает как статические, так и динамические показатели, и может быть представлена следующим выражением:
¥1=0,56*ДО + 0,86*МОС50 + 0,8*МОС75 - 0,41*Тпос +
0,7*ПОС/ПОСвд + 0,58*МОД + 0,64*МВЛ Вторая главная компонента описывает резервные возможности дыхания и рассчитывается по уравнению:
¥2=0,58*РОвд + 0,61*РОвыд + 0,8*ОПОС + 0,55*Тпос С помощью третьей главной компоненты можно охарактеризовать процесс дыхания в состоянии покоя и вычислить по следующему уравнению:
¥3=0,61*ЧД- 0,72*ДО - 0,42*МОД + 0,45*Тиффно Четвертая главная компонента дает возможность описать дыхание при максимальной вентиляции легких, ее можно определить по формуле:
¥4=0,42*МВЛ- 0,54*Тиффно Для характеристики пиковых вентиляционных возможностей легких можно использовать пятую главную компоненту, рассчитываемую по формуле:
¥5=-0,46*СОС75-85 + 0,44*ОПОС + 0,56*Тпос Установлено, что распределение детей исследуемых районов города в определенных нами координатах главных компонент (Б1, Б2, Б3, Б4, Б5) представляет собой единый массив с небольшими изменениями, вызванными
уровнем показателей внешнего дыхания. Полученный характер распределения является отражением того, что все обследованные дети относились к I и II группам здоровья.
Проживание детей в различных экологических условиях повлияло на характер их распределения в осях координат полученных главных компонент. Из пяти полученных факторов (главных компонент) нами были выделены три (Б2, Б3, Б5), по которым имеются отличия в характере распределения детей, проживающих в трех исследуемых районах города. Для большей наглядности мы приводим распределение детей в двумерном пространстве, описанном полученными факторами.
Анализ распределения детей в осях координат главных компонент Б2 и Б3 подтверждает ранее сделанный нами вывод о снижении резервных возможностей системы внешнего дыхания у детей промышленных районов (рис.1).
Рис.1. Распределение детей в координатах факторов Р2 и Г3.
Так, дети, проживающие в спальном районе, равномерно представлены в указанных осях координат. Распределение детей из спального района имеет более четкие границы и представлено более широким диапазоном: -2,4 ^ 2,9 по Б2 и -3,5 ^ 3,2 по Б3. Для детей из промышленных районов города
отмечается более узкий интервал распределения, что отражает относительно жесткий интервал их вариабельности и «специализацию» дыхания в конкретных экологических условиях. Дети из I промышленного района имеют более узкое распределение по фактору Б2(-2,1 ^ 2,3) и по фактору Б3 (-0,9 -^1,6), представители II района имеют некоторое асимметричное положение по фактору Б2 (-2,8 ^0,3) и по фактору Б3 (-0,9 ^ 2,2).
Анализ распределения детей в осях факторов Б3 и Б5 указывает на снижение вентиляционных возможностей системы внешнего дыхания у детей промышленных районов, что подтверждается более ограниченной областью распределения на графике и сдвигом максимума распределения. Дети из I промышленного района имеют более узкое распределение по фактору Б5 (1,1 ^ 1,9), а представители II района имеют некоторое асимметричное положение по фактору Б5 (-0,8 ^2,4) (рис.2).
3.0 - 2.0 -1.0* 0*0* ■ ■ : -♦ ^ ■ •*+\Л
1 , °.°)р .0 -3.0 -2.0 -10^*$ 0 > ' 4 * -1.0-2.0 --3.0 --4.0 - ► Г 1 0 1.0 2.0 3.0 4
Р3
4
0
♦ I группа ■ II группа а III группа
Рис.2. Распределение детей в координатах факторов Г5 и Г3.
Проведенный факторный анализ, с определением главных компонент, позволил выявить и наглядно продемонстрировать особенности функционирования системы внешнего дыхания у здоровых детей, проживающих в районах с различной экологической нагрузкой. Это касается как процесса дыхания в состоянии покоя, так и форсированного дыхания, и обусловлено снижением резервных возможностей исследуемой системы, что
может быть вызвано определенными перестройками регуляторных механизмов. Отражением этого являются данные корреляционного анализа. Следовательно, дети, условно относящиеся к I и II группам здоровья, имеют различные варианты дыхания и обеспечения организма кислородом, что обусловлено теми экологическими факторами, в которых они проживают .
Таким образом, проведенные исследования показали, что дети, проживающие в районах с различным видом промышленного загрязнения, характеризуются разным типом дыхания. При высоком уровне химического загрязнения дыхание глубокое с высокой скоростью воздушного потока в бронхах и коротким временем вдоха, что обеспечивается более развитой дыхательной мускулатурой (ПОС/ПОСвд превышает контроль в 2 раза) и сопровождается более низкими показателями резервных объемов выдоха и вдоха при высоких значениях ЖЕЛ. Дыхание детей из промышленного района с высоким пылевым загрязнением поверхностное с низкой объемной скоростью и низкими функциональными резервами (ФЖЕЛвд ниже контроля на 21,0%, РОвыд на 37,0%, РОвд на 17,1%) несмотря на напряжение дыхательных мышц (превышает контроль на 24,7%). Получены выражения для факторов, позволяющих выявить различия в характере дыхания детей, относящихся к I и II группам здоровья, проживающих в промышленном городе в районах с различным характером загрязнения.
PECURIALITIES OF EXTERNAL RESPIRATION IN CHILDREN LIVING IN INDUSTRIAL CITY.
L.A. Mikhailova, A.V. Matiskin Krasnoyarsk State Medical University named after Prof. V.F. Voyno-
Yasenetsky
Abstract. We examined 301 children of 7-10 years old, both sexes that live in the industrial city of Siberia. The children were from three groups: the district with heavy industrial pollution (I group), major road interchanges (II group) and nonpolluted district (III group). The five main respiration components characterizing the respiration pattern were obtained. Three of them were different in relation with the character of the district.
Key words: children, external respiration, environmental load, industrial cities.
Литература
1. Артемова Н.А., Меньшикова, Л.И., Ошуркова Л.А. Состояние здоровья детей города Северодвинска - государственного Российского центра атомного судостроения// Экология человека. - 2003. - №3. - С.34-37.
2. Состояние здоровья детей как фактор национальной безопасности/ А.А.Баранов, Л.А.Щеплягина, А.Г.Ильин, В.Р.Кучма// Рос. педиатр. журн.
- 2005. - №2. - С.4-8.
3. Вепринцев В.В. Состояние здоровья детей младшего школьного возраста в районе расположения предприятия черной металлургии // Гиг. и санитария. - 2007. - №3. - С.11-13.
4. Димитриев Д.А., Димитриев А.Д., Сорокина И.В. Влияние генетических и средовых факторов на состояние системы внешнего дыхания// Гиг. и санитария - 2006. - №1. - С.79-81.
5. Котышева Е.Н., Дзюндзя Н.А., Болотская М.Ю. Некоторые показатели индивидуального развития детей промышленного города // Гиг. и санитария. - 2007. - №4. - С.69-71.
6. Кузнецова Т.Д., Разживина И.М. Индивидуальные особенности развития дыхательной функции легких у детей от 7 до 8 лет // Физиология человека. - 1994. - Т.20, №3. - С.68-73.
7. Куркатов С.В. Социально-гигиенический мониторинг воздействия вредных веществ на население Красноярского края // ЗНиСО. - 2005. -Вып. 128, №11. - С.9-12.
8. Курляндский Б.А., Хамидулина Х.Х., Замкова И.В. Загрязняющие вещества и их поступление в воздух населенных мест // Гиг. и санитария.
- 2007. - №5. - С. 55-56.
9. Мегаполис, экология и соматофизиологическое состояние подростков / Б. К.Чумаков, В.М.Волков, В.М.Смирнов, О.В.Мелкадзе, А.М. Сутормина // Экология человека. - 2004. - №4. - С. 8-13.
10.Михайлова Л.А. Здоровый подросток Сибири. Физиологические и экологические аспекты становления кислородтранспортной функции. -Новосибирск: Наука. - 2006. - 211с.
11. Особенности возрастного развития системы дыхания у детей 6-15 лет/Т.Д.Кузнецова, О.А.Гурова, И.П. Самбурова и др. // Физиология человека. - 1991. - Т.17, №5. - С. 142-150.
12.Поляков А.Я., Петруничева К.П. Оценка морфофункциональных показателей здоровья детского населения на территориях с разным уровнем техногенного загрязнения окружающей среды // Гиг. и санитария.
- 2007. - №3. - С.9-10.
13. Рисковые периоды формирования здоровья детей и подростков // Педиатрия. - 2007. - Т.86, №2. - С. 103-106.
14.Стамова Л.Г., Чеснокова Е.А. Загрязнение атмосферного воздуха и его влияние на заболеваемость органов дыхания у детей // Гиг. и санитария. - 2005. - №9. - С. 28-30.
15. Ширяева И.С., Савельев Б.П., Куприянова О.О. Параметры функционального состояния кардиореспираторной системы ребенка // Рос. педиатр. журн. - 2000. - №1. - С.41-43.
16. Ямпольская Ю.А. Физическое развитие и функциональные возможности подростков 15-17 лет, обучающихся в школе и профессиональном училище // Педиатрия.- 2007. - №5. - С.69-72.
