ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СИМПАТО-АДРЕНАЛОВОЙ И СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМ У ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО ЗАПОЛЯРЬЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СИМПАТО-АДРЕНАЛОВОЙ И СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМ У ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО ЗАПОЛЯРЬЯ
Аннотация
Цель: изучить показатели сердечно-сосудистой и симпато-адреналовой систем у детей 7-11 лет и изменение соответствующих показателей в течение учебного года в состоянии относительного покоя и под влиянием физической нагрузки в условиях Кольского Заполярья.
Материалы и методы: функциональные пробы при дозированной физической нагрузке на велоэргометре «РИТМ», нагрузка задавалась индивидуально – 1Вт на 1 кг тела с частотой педалирования 60 оборотов в минуту и продолжительностью 3 минуты. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы исследовалось электрокардиографически и звуковым методом Короткова. Экскреция катехоламинов определялась флюорометрически.
При обследовании детей 7-11 лет выявлено, что возрастная динамика показателей сердечно-сосудистой и симпато-адреналовой систем носит нелинейный характер. При общей тенденции повышения с возрастом функциональных возможностей систем некоторые показатели изменяются волнообразно. Рост и развитие детей 7-11 лет протекают в условиях непрерывной учебной деятельности, когда на фоне нарастающего к концу учебного года утомления во всех возрастно-половых группах идет адаптивная перестройка организма. Наиболее показательна реактивность сердечно-сосудистой и симпато-адреналовой систем на дозированную физическую нагрузку, под влиянием которой усиливаются корреляционные связи между показателями двух активных систем (p≤0,01).
К концу учебного года во всех возрастных и половых группах наблюдается достоверный сдвиг всех исследуемых показателей, комплексно отражающий возрастные адаптивные изменения и нарастание утомления в условиях Кольского Заполярья.
1. Введение
Высокие широты характеризуются многочисленными экстремальными климатогеографическими факторами, которые оказывают существенное влияние на гомеостаз и организм человека в целом. Особенности изменения показателей симпатоадреналовой и сердечно-сосудистой систем у детей, проживающих в Заполярье, остаются практически не изученными , , . Проблема изучения адаптивного поведения ребенка в субэкстремальной среде обитания является крайне актуальной, поскольку адекватное формирование и эволюция организма может происходить только в экологически адекватной среде и понять природу явлений гораздо легче, если рассматривать их в процессе становления , .
Учебная деятельность ведет к повышению интенсивности как информационной, так и физической нагрузки, реакция на которые выходит за рамки «готовых механизмов адаптации», что требует изучения нового уровня приспособления – долговременной адаптации в условиях длительного воздействия школьной нагрузки. Именно в этом возрасте наблюдаются структурные и функциональные изменения многих систем организма, в том числе сердечно-сосудистой и нейроэндокринной, которым принадлежит особая роль в развитии ребёнка и реализации генетической программы индивидуального развития .
На начальных этапах обучения у детей часто проявляется неадекватная реакция: психическое напряжение, снижение содержания гемоглобина в крови и иммунной реактивности, что отражается на темпах физического развития. Исследование же нейрогуморальной регуляции показали, что на протяжении всего учебного года у младших школьников сохраняется напряженность гормональных механизмов . При изучении фазовых структур сердечного цикла выявлена тенденция к неблагоприятным изменениям к концу учебного года у первоклассников. С возрастом холинергические влияния усиливаются, однако у младших школьников хронотропная деятельность сердца регулируется преимущественно симпато-адреналовой системой (САС) , , . К концу учебного года наблюдается снижение активности САС и нарастание влияния на сердце парасимпатического отдела вегетативной нервной системы , . Дозированная физическая нагрузка позволяет выявить функциональные резервы ряда систем, характер их реализации в ходе адаптации и зависимость от возраста и пола. Реактивность сердечно-сосудистой системы (ССС) и САС на дозированную нагрузку у детей 7-11 лет, в динамике учебного года, в условиях Кольского Заполярья с учётом полярного дня и полярной ночи, до сих пор не исследовалась , .
Исходя из вышесказанного, была определена цель исследования: изучить показатели ССС и САС у детей 7-11 лет и изменение этих показателей в течение учебного года в состоянии относительного покоя и под влиянием физической нагрузки в условиях Кольского Заполярья.
2. Методы и принципы исследования
Были обследованы практически здоровые дети младшего школьного возраста (7-11 лет), обучающиеся в общеобразовательной школе Кольского Заполярья. Исследование проводилось по возрастно-половым группам 3 раза в год в октябре, феврале и мае. Всего обследовано 20 мальчиков и 20 девочек (n=40). Физическое развитие оценивалось стандартными методами. В качестве функциональной пробы использовали дозированную физическую нагрузку на велоэргометре «РИТМ». Нагрузка задавалась индивидуально для каждого обследуемого: 1Вт на 1 кг тела с частотой педалирования 60 оборотов в минуту и продолжительностью 3 минуты. Функциональное состояние ССС исследовалось электрокардиографически и звуковым методом Короткова. Экскреция катехоламинов определялась флюорометрически , . Тестирование проводилось в лабораторных условиях в состоянии оперативного покоя в одно и то же время суток с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609 EC). Полученные данные статистически обработаны с помощью статистического пакета SPSS 15.0. В случае нормального распределения переменных применялись параметрический t- критерий Cтьюдента для зависимых выборок, при ненормальном – непараметрический критерий Вилкоксона, связь между параметрами определялась посредством критерия ранговой корреляции Спирмена (значимая r≥0,56; p≤0,01).
3. Основные результаты
Рисунок 1 - Возрастная динамика показателей сердечно-сосудистой системы у мальчиков и девочек 7-11 лет
Примечание: n=40
Выраженное расхождение показателей возрастных групп и годовой динамики у младших школьников дает основание говорить о существенном влиянии учебной нагрузки на ССС на данном этапе онтогенеза ребенка. Напряженный характер функционирования ССС более проявляется в конце учебного года у мальчиков 3-го и девочек 1-го и 3-го года обучения. Признаки утомления наиболее выражены у мальчиков 1-го и 2-го и девочек 2-го года обучения. В течение учебного года произошли изменения и в реактивности ССС на дозированную нагрузку. У мальчиков всех возрастных групп прирост МОК был выше в конце учебного года и обусловлен нарастанием как хроно-, так и инотропного эффекта сердца. У девочек же в конце учебного года преобладал прирост ЧСС. Прирост УОК стал несколько ниже, чем это было в начале учебного года; следствие этого – небольшое увеличение МОК на нагрузку в конце учебного года. Изменения артериального давления (АД) в ответ на нагрузку как в начале, так и в конце учебного года были достоверно значимы. Различия в приросте МАД в начале и в конце учебного года незначительны.
Повышение хронотропного эффекта сердца в ответ на нагрузку в конце учебного года – неэкономный тип реагирования ССС, как следствие гиподинамии. Таким образом, функционирование ССС у младших школьников во всех возрастных и половых группах под влиянием дозированной нагрузки в конце учебного года протекает в определенной мере в напряженном режиме. Особенно значима не только оценка функциональных возможностей системы, но и раскрытие ее резервов, что возможно при изучении регулирующих механизмов ССС, в частности САС.
Согласно нашим данным, к концу учебного года во всех возрастных и половых группах произошло снижение экскреции катехоламинов (КХ), более выраженное у мальчиков. Достоверно снизилась экскреция адреналина (А) у мальчиков всех возрастных групп и у девочек 2-го и 3-го года обучения; норадреналина (НА) – во всех возрастных группах мальчиков, а у девочек на 2-м и 3-м году обучения; дофамина (ДА) – у девочек 1-го и 2-го классов; диоксифенилаланин (ДОФА) – у мальчиков 2-го и 3-го, у девочек – 3-го года обучения.
Таблица 1 - Изменение экскреции катехоламинов под влиянием дозированной физической нагрузки у школьников 7-9 лет в течение учебного года
Катехоламины (КА) | сезон | 7 лет, кг/мин | 8 лет, кг/мин | 9 лет, кг/мин | |||
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | ||
Адреналин (А) | октябрь | 3,74±0,66 | 9,67±1,85* | 5,02±0,51 | 11,76± 1, 39* | 4,22±0,39 | 8,03±1,03* |
февраль | 4,18±0,64 | 7,03±0,78* | 2,95±0,93 | 4,81±1,24* | 4,67±0,6 | 8,57±1,29* | |
май | 3,43±0,4 | 5,1±0,55* | 2,13±0,6 | 3,22±0,94 | 3,38±0,67 | 7,01±1,22* | |
Норадреналин (НА) | октябрь | 8,29±1,25 | 18,43±1,42* | 11,48±1,42 | 23,50±3,08* | 11,42±1,32 | 18,68±2,89* |
февраль | 12,16±1,81 | 19,05±2,19* | 9,64±3,02 | 10,10±2,65 | 10,19±0,85 | 17,9±3,43* | |
май | 8,92±0,93 | 11,18±1,46 | 6,04±1,32 | 7,35±1,46 | 7,41±1,52 | 16,02±2,98* | |
Дофамин (ДА) | октябрь | 106,1±25,83 | 157,68±43,12 | 126,85±22,74 | 242,20±32,55 | 90,46±15,29 | 134,16±27,76 |
февраль | 124,21±28,26 | 137,9±19,59 | 122,23±29,0 | 232,42±73,58 | 66,72±16,61 | 88,32±22,12 | |
май | 55,03±8,33 | 125,02±28,19* | 41,92±5,25 | 75,7 ± 23,8 | 84,04±10,47 | 13,14±10,64* | |
Диоксифенил-аланин (ДОФА) | октябрь | 20,74± 4,11 | 32,2±4,99* | 30,17±3,75 | 47,28 ± 4,97* | 24,49± 1,83 | 4,89±3,18* |
февраль | 27,71±4,96 | 31,14±4,41 | 23,83±7,32 | 28,27 ± 5,01 | 26,55±3,82 | 33,43±3,33 | |
май | 16,26±2,04 | 26,24±4,6* | 20,5±3,79 | 17,16±2,4 | 15,74±2,39 | 27,16 ±3,26* | |
Примечание: М±m; n=40, p≤0,01
Наиболее существенное снижение экскреции КА обнаружено у девочек 2-го года обучения и мальчиков 3-го класса. Преимущественное снижение наблюдалось в конечных звеньях САС - А и НА. У мальчиков 1-го и 2-го, у девочек 2-го и 3-го года обучения обнаружено значительное снижение предшественников ДА и Д, что, возможно, и отражало нарастающий дефицит ДА и Д. Лишь у девочек 3-го года обучения снижение экскреции КА носило умеренный характер во всех звеньях САС. Общим для всех возрастных и половых групп явилось снижение показателей САС к концу учебного года (результат учебного процесса и эколого-социальных факторов Заполярья). Снижение экскреции КА к концу свидетельствовало о нарастании утомления и проявлялось напряженным функционированием САС. Дозированная нагрузка выявила некоторые функциональные резервы детского организма. Реактивность САС в конце учебного года свидетельствует об отсутствии сбалансированности между звеньями синтеза (неравномерность снижения уровня прироста экскреции КА под влиянием функциональной пробы). Дозированная нагрузка выявила у мальчиков незавершенность адаптивных перестроек в организме в течение первых трех лет обучения, а также несовершенство регуляторных механизмов. Более высокие показатели сердечного выброса в ответ на нагрузку в конце учебного года и сопряженность их не только с УОК, но с возросшей ЧСС при снижении прироста КА указывает на наличие резервов ССС, на возросшую чувствительность системы к гормонам и медиаторам к одиннадцати годам (Рис. 1). При этом обнаруживается напряженное функционирование ССС и снижение резервных возможностей САС (как следствие нарастающего утомления на фоне формирующихся механизмов адаптации). Высокая реактивность ССС при снижении реактивности САС на нагрузку трактуется как экономизация в регуляторных механизмах, что служит благоприятным фоном. В конце учебного года подобная экономизация раскрывает имеющиеся у младших школьников резервы. У девочек прирост КА под влиянием дозированной нагрузки в конце учебного года отличается от прироста в начале учебного года. Прирост адреналина (А) стал ниже в 1-ом, 2-ом и 3-м классе, но у девочек 3-го класса повысился до 107,4% по сравнению с 90,3% в начале учебного года.
Почти в 5 раз снизился прирост НА у девочек 1-го и 2-го года обучения, но в 3-м классе он стал выше в 2 раза. Примечательно, что у девочек 1-го класса в конце учебного года прирост адреналина (А) и норадреналина (НА) резко упал; столь же резко возросла экскреция ДА и почти не изменилась ДОФА. Нарушенной оказалась утилизация ДА. Динамика коэффициентов соотношения разных звеньев САС (КА) свидетельствует о возросшем уровне утилизации ДОФА, но снижения (А+НА)/ДА (особенно в звене НА/ДА), тогда как показатель А/НА повысился. Таким образом, действительно появилась уязвимость в звене ДА-НА. Реактивность САС у младших школьников как в начале, так и в конце учебного года оказалась на достаточно высоком уровне. Правда, в начале учебного года прирост А и НА был выше, чем ДА и ДОФА, тогда как в конце учебного года прирост ДА и ДОФА преобладал над А и НА. Это свидетельствует о напряжении системы, торможении подключения резервов, хотя эффективность больше всего проявлялась в усилении хронотропного эффекта сердца.
4. Обсуждение
В целом обнаруживается неэкономный тип реагирования на предъявленную нагрузку. Высокая реактивность и слаженность звеньев САС у девочек 3-го класса дают основание говорить о значительной роли этой системы в регуляции и обеспечении высокого уровня работоспособности. Все это – свидетельство достижения определенного уровня адаптированности к условиям учебного процесса в субэкстремальной среде обитания. Анализ коррелятивных связей между исследованными параметрами позволили прийти к заключению о сопряженности САС с тотальными размерами тела (n=40, r=0,87, p≤0,01), САС – с ССС (n=40, r=0,73, p≤0,01). Установлено, что в покое количество связей ССС и САС весьма ограниченно; после дозированной физической нагрузки теснота связей заметно усиливается.
Все это обусловливает следующие рекомендации. При организации учебно-воспитательной работы, физической и спортивной подготовки младших школьников необходимо учитывать напряженный характер функционирования ССС и САС у детей 1-го и 2-го года обучения, а также незрелость этих систем.
Нормирование нагрузок следует соотносить с возрастом и годом обучения: на 1-ом году – умеренность и кратковременность нагрузки; на 3-м приемлем длительный режим выполнения нагрузки умеренной мощности; на 4-ом – умеренность и кратковременность в начале учебного года, в середине его – интенсивная и кратковременная нагрузка, в конце – 50% от РWC170 – адекватная нагрузка.
5. Заключение
1. У детей младшего школьного возраста к концу учебного года во всех возрастно-половых группах в состоянии относительного покоя имеет место снижение экскреции катехоламинов, а также их прирост в ответ на дозированную нагрузку, что оценивается как следствие систематического воздействия учебного процесса.
2. В младшем школьном возрасте преобладают временные функциональные связи между показателями сердечно-сосудистой, симпато-адреналовой системами и физическим развитием, что характеризует незрелость функциональных систем и состояние самих систем. К концу учебного года во всех возрастно-половых группах функциональные связи перестраиваются как в состоянии относительного покоя, так и после нагрузки, преимущественно ослабевают.
3. Адаптация к физической нагрузке и учебной деятельности у детей младшего школьного возраста протекает напряженно на фоне нарастающего утомления.
4. Судя по изменениям функционального состояния сердца, детям первых 3-х классов общеобразовательных школ необходимо назначать средства психофизиологического оздоровления и коррекции, особенно в конце учебного года.