Peculiarities of the functional state of external respiration of primary school children during adaptation to different efforts

Full Text

Начало учебной деятельности сопровождается появлением комплекса нагрузок и неблагоприятных факторов, оказывающих влияние на здоровье детей. Характерны рассогласование интеллектуального и физического компонентов нагрузок, увеличение интенсивности обучающих программ, появление «школьной гипокинезии». Все эти факторы вызывают у детей формирование долговременной пассивной адаптации, возникновение функциональных сдвигов в состоянии систем детского организма [6]. Система дыхания - одна из важнейших физиологических систем, определяющая как умственную, так и физическую работоспособность детей в процессе онтогенеза и адаптации к учебной деятельности [5, 7]. Необходимые уровни минутного объёма дыхания могут быть обеспечены только при наличии соответствующего функционального резерва и зрелости механизмов регуляции [3, 10]. Известно, что возраст 7-10 лет находится на границе двух важных периодов развития системы дыхания: (1) 6-7 лет, когда происходит значительное снижение бронхиального сопротивления, что приводит к увеличению объёма вдоха и выдоха, и (2) 10-11 лет - период интенсивного увеличения объёмов лёгких. Возраст 7-10 лет характеризуется плавными изменениями морфофункциональных показателей, увеличением резервных и функциональных возможностей внешнего дыхания. С возрастом проявляется тенденция к снижению относительной величины минутного объёма дыхания, углублению и снижению частоты дыхания. У девочек от 7 лет и старше минутный объём дыхания увеличивается в большей степени, чем у мальчиков. При физических нагрузках умеренной и большой мощности происходит уменьшение объёмных скоростей дыхания, свидетельствующее об утомлении дыхательной мускулатуры [4, 8, 9]. У детей отмечают незрелость механорецепторного и центрального механизмов регуляции дыхания, что может обусловливать неадекватность физиологических сдвигов дыхательной системы в процессе адаптации младших школьников к учебной нагрузке. В литературе есть работы, посвящённые изучению влияния учебной деятельности на функции внешнего дыхания [1]. В большинстве исследований изучали адаптацию респираторной системы детей и подростков к физическим нагрузкам различной мощности, метеоклиматическим и экологическим условиям [2]. Научный интерес представляет также изучение влияния статических нагрузок на функции внешнего дыхания школьников. Целью исследования стало изучение особенностей функционирования внешнего дыхания школьников 8-10 лет в различные периоды учебного года, в состоянии относительного покоя, после дозированных динамической и статической нагрузок. Обследованы 38 практически здоровых мальчиков со средним уровнем физического развития, обучающихся в одной из общеобразовательных школ г. Казани. Наблюдение вели в трёх возрастных группах мальчиков: 8, 9, 10 лет - в первом, втором и третьем классах соответственно. В каждой группе детей проводили обследования в октябре, феврале и мае. С целью исключения влияния суточных и недельных ритмов испытуемых приглашали в одни и те же день недели и время суток. Использовали автоматизированный кардиопульмонологический комплекс «АД-03М». Функциональное состояние дыхательной системы оценивали по величине лёгочных объёмов и показателям вентиляции лёгких: жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ), резервному объёму вдоха и выдоха, резервному объёму при спокойной вентиляции лёгких (РВЛ), максимальной вентиляции лёгких (МВЛ), объёму форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1) и отношению ОФВ1 к ЖЕЛ вдоха (ЖЕЛвд), а также минутному объёму дыхания (МОД), дыхательному объёму (ДО), частоте дыхания (ЧД), отношению времени, затраченного на выдох и вдох, к общему времени выдоха и вдоха. Пробу с изометрической нагрузкой проводили в положении испытуемого сидя, путём сжатия левой рукой динамометра с усилием, равным 50% максимально производимого усилия, в течение 1 мин. За показатель максимально произведённого усилия принимали среднюю величину трёх попыток. Дозированную физическую нагрузку задавали на велоэргометре с магнитным торможением, она составляла 1,0 Вт на 1 кг массы тела ребёнка, длительность педалирования 5 мин, частота 60 об/мин. Лёгочные объёмы и вентиляционные показатели приведены в системе BTPS (ВТ - температура тела, Р - окружающее атмосферное давление, S - полное насыщение водяными парами). Для определения достоверности использовали стандартные значения критерия Стьюдента. У 8-летних школьников в начале учебного года ЖЕЛ составляла 1,470±0,16 л, в феврале и мае данный показатель уменьшился на 2,8 и 3,5% соответственно. Максимальное значение РВЛ и МВЛ зарегистрировано в середине учебного года: 50,74±1,13 л и 59,25±1,21 л. От февраля к маю уменьшались значения РВЛ на 6%, ОФВ1/ЖЕЛ на 2%, РВЛ/МВЛ на 10% и стабилизация МВЛ. Минимальное значение ЧД отмечено в феврале (16,43±0,81 в минуту), в октябре и мае оно было выше на 34 и 29% (р <0,001, р <0,001). Показатели ДО и МОД выросли с октября по май на 22,5 и 51,7% (р <0,05, р <0,01). Динамика этих показателей свидетельствует о том, что в середине учебного года респираторная система находилась в благоприятном функциональном состоянии, а к концу учебного года возникло напряжение респираторной системы школьников. У мальчиков 8 лет (первоклассников) в начале учебного года в ответ на статическое усилие ЖЕЛ увеличивалась на 6,8%, уменьшались МВЛ и РВЛ на 4,1 и 6,5% по отношению к состоянию покоя. МОД уменьшался на 19,2% (р <0,01) за счёт снижения ЧД на 37,5% (р <0,001) и ДО на 5%. После велоэргометрической пробы происходило увеличение МОД вследствие учащения дыхания. В середине учебного года ЖЕЛ увеличился на 5,6%, РВЛ/МВЛ снизился на 4,7% (р <0,05). Более благоприятная реакция наблюдалась после динамической нагрузки: МОД возрастал за счёт частотного и объёмного компонентов, увеличилось значение ЖЕЛ. В конце учебного года у 8-летних мальчиков в ответ на статическую нагрузку происходило увеличение МОД за счёт частотного компонента, а также увеличение ЖЕЛ на 8,5% (рис. 1). При этом РВЛ и МВЛ снизились на 20,2 и 15,1% (р <0,05, р <0,05). В ответ на динамическую нагрузку отмечена благоприятная реакция показателей вентиляции лёгких и функциональных возможностей респираторной системы мальчиков 8-летнего возраста. У детей 9 лет изменения в течение года динамических объёмов лёгких и резервов дыхания имели плавную тенденцию к росту, о чём свидетельствует динамика МВЛ, РВЛ, ОФВ1/ЖЕЛвд. От начала к концу учебного года происходило увеличение МОД на 17,5% (р <0,05) при участии как объёмного, так и частотного компонентов, что свидетельствует о благоприятной реакции дыхательной системы. После статической нагрузки у мальчиков второго класса увеличивался МОД во всех периодах исследования при вкладе частотного компонента вентиляции (напряжение респираторной системы). Снижались показатели динамических объёмов лёгких и резервов дыхания (МВЛ, РВЛ, ОФВ1/ЖЕЛвд). Динамическая нагрузка вызывала усиление вентиляции за счёт равного увеличения частоты и глубины дыхания (рис. 2). Статическая нагрузка увеличивала ЧД, а глубина дыхания при этом практически не изменялась. В 10-летнем возрасте ЖЕЛ в феврале составляла 1,72±0,17 л, что на 20,8 и 23,3% меньше, чем в октябре и мае (р <0,01, р <0,05). От начала к середине учебного года произошло снижение МВЛ и РВЛ на 23,6 и 20,7%, а в мае эти показатели достигают уровня октября (р <0,05). От февраля к маю происходит достоверное увеличение МОД, которое составляет 70,2% (р <0,01). Осенью у 10-летних мальчиков статические и динамические усилия вызывают математически недостоверное уменьшение минутного объёма дыхания, снижение ЖЕЛ на 16,6% (р <0,05). Зимой оба вида нагрузок приводили к положительным сдвигам в показателях ЖЕЛ, выявляя существующие резервы дыхания: МВЛ, РВЛ. МОД увеличивался за счёт равного участия частотного и объёмного компонентов. В конце года статическая нагрузка вызывала увеличение МОД за счёт ЧД на фоне снижения дыхательного объёма. При этом РВЛ увеличивается на 22,5%, МВЛ на 12,9% (р <0,05, р <0,05) по отношению к состоянию покоя (рис. 3). Велоэргометрическая нагрузка сопровождалась благоприятной реакцией показателей вентиляции лёгких: МОД увеличился на 47,8% (р <0,01) при равном участии ЧД и ДО (р <0,05, р <0,05). После велоэргометрической нагрузки показатели резервов дыхания, динамических объёмов и биомеханики лёгких увеличиваются недостоверно. Проведённое исследование показало, что у 8-10-летних мальчиков в течение учебного года происходят изменения функционального состояния аппарата внешнего дыхания, отражающие особенности адаптации дыхательной системы школьников в процессе обучения. У детей 8 лет отмечено напряжение функционального состояния дыхательной системы в начале учебного года. К концу года статическая нагрузка вызывает снижение резервов внешнего дыхания и статических объёмов лёгких с возрастанием частотного компонента их вентиляции. В 9-летнем возрасте у мальчиков процесс адаптивных перестроек функций внешнего дыхания менее напряжённый, зарегистрированы увеличение статических объёмов лёгких, совершенствование механических факторов их вентиляции, а также её экономизация после дозированной физической нагрузки. Во всех периодах исследования статическая нагрузка приводит к менее благоприятным сдвигам показателей дыхания, чем динамическая. У мальчиков, обучающихся в третьем классе, в начале года оба вида тестирующих нагрузок приводят к неблагоприятным сдвигам показателей внешнего дыхания, что может свидетельствовать об отсутствии адаптации дыхательной системы школьников данного возраста к началу обучения. В середине года возникает оптимальное состояние адаптивных возможностей дыхательной системы 10-летних школьников. ВЫВОДЫ 1. Локальная статическая нагрузка вызывает неблагоприятные сдвиги в дыхательной системе младших школьников, что наиболее характерно для 9-летних. Аналогичные негативные изменения проявляются к концу учебного года у мальчиков 8- и 10-летнего возраста. 2. Наиболее вероятное объяснение наблюдаемых изменений - резкое увеличение статических нагрузок и ограничение двигательной активности младших школьников в течение учебного года. На наш взгляд, именно у мальчиков изменения двигательного статуса вызывают наиболее выраженную негативную реакцию кардиореспираторной системы. 3. Профилактикой наблюдаемых негативных явлений в функциях дыхательной системы служат систематические физические упражнения во время уроков, занятия физической культурой и активный отдых на свежем воздухе. Рис. 1. Реакция показателей внешнего дыхания у мальчиков 8 лет на статическую и динамическую нагрузку в конце учебного года. *р ≤0,05 до и после физической нагрузки. missing image file missing image file Рис. 2. Реакция показателей внешнего дыхания мальчиков 9 лет на статическую и динамическую нагрузку в конце учебного года. *р ≤0,05 до и после физической нагрузки. Рис. 3. Реакция показателей внешнего дыхания мальчиков 10 лет на статическую и динамическую нагрузку в конце учебного года. *р ≤0,05 до и после физической нагрузки.

About the authors

M M Zayneev

Kazan (Volga region) Federal University

N I Ziyatdinova

Kazan (Volga region) Federal University

T L Zefirov

Kazan (Volga region) Federal University

Email: zefirovtl@mail.ru

References

Supplementary files