FUNCTIONAL STATE OF SYMPATHO-ADRENAL AND CARDIOVASCULAR SYSTEMS IN PRIMARY SCHOOL CHILDREN IN THE KOLA PENINSULA CONDITIONS
FUNCTIONAL STATE OF SYMPATHO-ADRENAL AND CARDIOVASCULAR SYSTEMS IN PRIMARY SCHOOL CHILDREN IN THE KOLA PENINSULA CONDITIONS
Abstract
Objective: to study the indices of cardiovascular and sympatho-adrenal systems in 7-11 years old children and changes in the corresponding ones during the school year in the state of relative rest and under the influence of physical load in the conditions of Kola Peninsula.
Materials and methods: functional tests at dosed physical load on bicycle ergometer "RHYTHM", the load was set individually – 1W per 1 kg of body with pedalling frequency of 60 revolutions per minute and duration of 3 minutes. The functional state of the cardiovascular system was studied electrocardiographically and by the Korotkov sound method. Catecholamine excretion was determined fluorometrically.
The examination of 7-11 years old children showed that the age dynamics of cardiovascular and sympatho-adrenal system indices has a non-linear nature. With a general tendency of increasing functional capabilities of the systems with age, some indices change in a wave-like manner. Growth and development of 7-11 years old children take place in conditions of continuous educational activity, when adaptive restructuring of the body takes place in all age-sex groups against the background of increasing fatigue by the end of the school year. The reactivity of the cardiovascular and sympatho-adrenal systems to dosed physical load is the most indicative, under the influence of which correlations between the indicators of the two active systems increase (p≤0.01).
By the end of the academic year in all age and sex groups there is a reliable shift in all the studied indicators, reflecting age-related adaptive changes and increasing fatigue in the conditions of Kola Peninsula.
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.