Закономерности онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей, проживающих в условиях села и города

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сабирьянова Елена Сергеевна

Закономерности онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей, проживающих в условиях села и города

Общая характеристика работы

Актуальность. Рост и развитие детского организма на фоне политического и социально-экономического обустройства России в последние годы подвержены влиянию множества факторов, способствующих значительным изменениям процессов онтогенетической адаптации и морфологического развития ребенка [Н.Е. Миронов, 1998; А.А. Александров, В.Б. Розанов, 1998; Т.И. Стуколова, 1999; М.В. Антропова с соавт., 2000; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005; Ю.А. Ямпольская, 2005; Сауткин М.Ф., 2006 и др.]. Среди наиболее важных факторов, оказывающих отрицательное влияние на психофизическое развитие ребенка, в первую очередь необходимо отметить неблагоприятную экологическую ситуацию, особенно в крупных городах [А.А. Баранов, 1994; 1998; И.О. Тупицын с соавт., 1994; О.В. Мелкадзе, 2002; М.М. Садыков, 2007; Солонин Ю.Г., 2008], неадекватные учебные нагрузки [Н.К. Перевощикова, 1997; Н.Б. Семенова, 1999; Э.Я. Мингазова с соавт., 2004; И.А. Криволапчук, 2008; О.В. Кудряшкина, 2009; Н.Б. Панкова, 2009], а также низкую двигательную активность [А.Г. Сухарев, 1991; Г.И. Тимощук с соавт., 1995; Л.Е. Любомирский с соавт., 1997; Е.В. Быков, 2002; 2005]. Опосредованно, но не менее значимо, на структуру детского здоровья в нашей стране влияют так же затянувшиеся политические и экономические преобразования [Г.Г. Онищенко, 2001; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005; Ю.Е. Лапин, 2006; Г.М. Зараковский, 2007].

Несомненно, в последнее время наблюдается увеличение количества исследований, направленных как на изучение морфофункционального состояния и уровня здоровья детского населения, так и разработку и внедрение различных форм оздоровления [С.Г. Устюжанин, 2003; Д.З. Шибкова, 2003; Д.Д. Панков, 2008, О.Г. Литовченко, 2009 и др.]. Тем не менее негативные тенденции в состоянии здоровья приобрели устойчивый характер и стали еще более очевидными, что косвенно обусловлено крайне незначительным количеством фундаментальных исследований, направленных на изучение общих закономерностей роста и развития в постнатальном онтогенезе, критериев здоровья и возрастных норм функционирования систем организма. При этом очевидно, что недостаточно работ, связанных с исследованиями механизмов адаптации, внутрисистемной и межсистемной регуляции жизненно важных функций организма детей [Г.Г. Онищенко, 2001; Методические рекомендации, 2002; А.Г. Щедрина, 2003; А.А. Баранов, 2005; А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, 2005].

С другой стороны подавляющее большинство исследований возрастной физиологии связаны с изучением состояния здоровья и развития детей, проживающих в условиях города, с акцентом на период учебных нагрузок. При этом практически без внимания остаются дети, проживающие в сельской местности. Очевидно, что внешняя среда, безусловно влияющая на развитие детей, на селе и в городе значительно отличается, в первую очередь это касается особенностей экологии проживания, уровня информационных нагрузок, гигиенического воспитания. Однако, существующие исследования сельских детей немногочисленны, в основном, связаны с изучением уровня здоровья, без интегральной оценки их морфофункционального состояния и развития. В настоящее время практически отсутствуют исследования связанные с анализом физиолого-демографических особенностей здоровых детей проживающих в условиях города и села. Кроме того, до сих пор отсутствуют фундаментальные исследования, позволяющие провести не только интегральную оценку функционального состояния сельских детей, но и особенностей онтогенетической адаптации основных функциональных систем, а также уровней и механизмов их регуляции. В результате невозможно адекватно оценить современное состояние здоровья и морфофункциональное развитие сельских детей и обосновать необходимость и направленность в системе их оздоровления. Также необходимо отметить, что в доступной нам литературе мы не обнаружили исследований с использованием анализа медленноволновой вариабельности комплекса показателей кровообращения у сельских детей, которые, по мнению многих авторов [Р.М. Баевский, 2002; А.А. Астахов, 2000; С.А. Котельников с соавт., 2002; М Malik, 1998 и др.], являются достоверными маркерами активности уровней регуляции. Именно спектральный анализ вариабельности показателей кровообращения позволяет неинвазивным путем изучать онтогенетические особенности нейрогуморальных адаптивных процессов у детей [Е.В. Быков, 2002; А.Р. Сабирьянов, 2004].

Таким образом, в настоящее время, несмотря на социальные, экологические и психофизические различия условий развития сельских и городских детей, отсутствует объективная и научно обоснованная оценка влияния внешнесредовых факторов на функциональное развитие и онтогенетическую адаптацию детей проживающих в сельской местности.

Учитывая вышесказанное, была поставлена цель исследований: установить закономерности онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у сельских и городских детей школьного возраста, проживающих на Южном Урале.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить функциональное состояние центрального и периферического кровообращения сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села;

2. Выявить различия деятельности сердечно-сосудистой системы и морфометрических характеристик в зависимости от типа кровообращения детей;

3. Выявить различия и общие закономерности медленноволновой вариабельности показателей сердечно-сосудистой системы и их возрастной динамики у детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села;

4. Провести системный анализ медленноволновой вариабельности показателей кровообращения, как проявлений активности уровней регуляции гемодинамики, и установить их взаимосвязь с функциональным состоянием сельских и городских детей школьного возраста;

5. Установить особенности ортостатической реакции показателей центрального и периферического кровообращения, а также различия изменений их медленноволновой вариабельности у сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста;

6. Выявить различия в изменениях показателей кровообращения в активном ортостазе в зависимости от типа реакции частоты сердцебиений, минутного объема кровообращения и среднединамического давления обследованных детей;

7. Определить степень вклада уровней регуляции сердечно-сосудистой системы в поддержание адекватного минутного объема кровообращения и среднединамического давления в активном ортостатическом положении у сельских и городских детей школьного возраста;

8. Выявить различия и общие закономерности механизмов онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей школьного возраста, проживающих в условиях села и города.

Научная новизна работы. Впервые проведен анализ физиолого-демографических особенностей развития и функционального состояния сердечно-сосудистой системы и уровней ее регуляции у сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих на Южном Урале. Установлены различия и общие закономерности онтогенетической адаптации кровообращения и системы ее регуляции к комплексу факторов внешней среды у детей школьного возраста, проживающих в условиях села и города:

- впервые показано, что характерные особенности процессов адаптации сердечно-сосудистой системы к условиям проживания в сельской местности проявляются реакцией артериального давления (в частности, показатели диастолического артериального давления сельских девочек выше, чем у городских сверстниц на 10,8% в младшем школьном возрасте и на 10,2% - в старшем) и периферического кровообращения - прирост к старшему школьному возрасту у сельских детей составил 20,7% у мальчиков и 40,2% у девочек;

- установлено, что различия функционального состояния центрального кровообращения сельских и городских детей проявляются в старшем школьном возрасте и характеризуются более высоким уровнем венозного возврата (на 31,5% у девочек и на 25,5% у мальчиков) и частоты сердцебиений (на 8,4% у девочек и 5,4% у мальчиков) у сельских детей;

- показано, что для большинства (48,4%) обследованных детей независимо от условий проживания в старшем школьном возрасте характерен гипокинетический тип кровообращения по сердечному индексу; у сельских девочек установлена достоверная взаимосвязь типа кровообращения и возрастной динамики сердечного индекса с индексом Эрисмана;

- установлена обратно пропорциональная зависимость общего периферического сопротивления сосудов от типа кровообращения, а также возрастно-половые особенности взаимосвязи показателей артериального давления и периферического кровообращения с типами гемодинамики.

Впервые, на основании анализа медленноволновых колебаний комплекса показателей центрального кровообращения показано, что у сельских детей младшего школьного возраста регуляция сердечной деятельности, в целом, осуществляется равнозначным участием отделов вегетативной нервной системы, тогда как у городских - наблюдается более высокая активность парасимпатической нервной системы. Выявлены качественные изменения регуляции кардиогемодинамики к старшему школьному возрасту у мальчиков, которые проявляются ростом общей вариабельности минутного объема кровообращения, на фоне более выраженного увеличения доли надсегментарных влияний у сельских мальчиков. По результатам спектрального анализа установлено повышение доли надсегментарных влияний на ритм сердца и общей вариабельности фракции выброса к старшему школьному возрасту у сельских детей, тогда как у городских детей наблюдается увеличение влияний вегетативной нервной системы, на фоне разнонаправленных изменений в диапазонах спектра фракции выброса.

Исследованиями установлено, что более высокие показатели артериального давления у сельских детей не сопровождаются особенностями медленноволновых колебаний. При этом возрастная динамика активности системы регуляции артериального давления характеризуется снижением общей вариабельности артериального давления к старшему школьному возрасту у девочек, а у мальчиков - снижением надсегментарных влияний у сельских и симпатических - у городских. У сельских мальчиков изменения амплитуды пульсации пальца кисти к старшему школьному возрасту сопровождаются увеличением доли очень низкочастотных колебаний, тесно связанных с метаболическими факторами регуляции, а у городских - всех низкочастотных диапазонов.

Впервые показано, что различия функциональной структуры регуляции кровообращения, в целом, у сельских и городских детей проявляются в старшем школьном возрасте, что является результатом начала пубертатных нейроэндокринных изменений и различиями процессов онтогенетической адаптации сельских и городских детей.

Исследованиями установлено, что при переходе в активное ортостатическое положение наблюдаются физиолого-демографические различия, которые проявляются в младшем школьном возрасте стабильностью артериального давления у сельских и повышением показателей артериального давления у городских детей; в обеих возрастных группах уровень неблагоприятных реакций у городских детей выше, чем у сельских (в частности, разница количества гипертонических реакций диастолического артериального давления у мальчиков младшего школьного возраста составила 26,4%, а девочек того же возраста - 18,1%; у детей старшего школьного возраста разница составила 7,1% и 36,8%, соответственно); медленноволновые колебания периферического кровообращения в активном ортостазе у сельских детей младшего школьного возраста отличаются относительной стабильностью, тогда как у городских - уменьшением доли очень низкочастотных колебаний; у сельских девочек обеих возрастных групп в активном ортоположении выявляется увеличение влияний вегетативной нервной системы на артериальное давление, тогда как у остальных детей рост как сегментарных, так и надсегментарных влияний на показатель.

Впервые выявлены закономерности изменений показателей сердечно-сосудистой системы, в зависимости от типа реакции на активный ортостаз частоты сердцебиений, минутного объема кровообращения и диастолического артериального давления у детей проживающих в условиях города и села. В частности установлено, что гиперкинетическая реакция частоты сердцебиений у сельских детей старшего школьного возраста взаимосвязана с более высоким уровнем толерантности к гипоксии.

Показано, что для городских детей старшего школьного возраста увеличение минутного объема кровообращения в активном ортостазе взаимосвязано с ростом и уровнем толерантности к гипоксии. Выявлено, что при гипертонической реакции диастолического артериального давления в активном ортостазе у большинства обследованных детей наблюдаются более низкие значения показателя в положении лежа (в частности, у детей младшего школьного возраста, с гипертонической реакцией показателя в активном ортостазе в положении лежа диастолическое артериальное давление, среднем, на 7,8% ниже, чем у сверстников с нормотонической реакцией и на 13,9%, чем у сверстников с гипотонической реакцией), с более выраженным снижением ударного (на 6,0% у девочек и 16,8% у мальчиков) и минутного (на 10,3% у девочек и 21,3% у мальчиков) объема кровообращения у сельских детей в младшем школьном возрасте.

Представлены результаты множественной регрессии минутного объема кровообращения и среднединамического давления с характеристиками вариабельности основных показателей центрального и периферического кровообращения в положении лежа и активного ортостаза, что формирует представление об общности регуляторных механизмов данных показателей.

Теоретическая и практическая значимость. На основании анализа комплекса показателей сердечно-сосудистой системы, оценки медленноволновой вариабельности основных показателей кровообращения, установлено функциональное состояние и особенности процессов онтогенетической адаптации кровообращения и уровней ее регуляции к комплексу факторов внешней среды детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях сельской и городской местности.

Представлены результаты частотного и временного анализа медленноволновой вариабельности основных показателей центрального и периферического кровообращения у сельских детей младшего и старшего школьного возраста, согласно Стандартам по измерению, физиологической интерпретации и клиническому использованию методов анализа вариабельности сердечного ритма. Данное обстоятельство позволяет более широко внедрять в условиях села современные методы анализа медленноволновой вариабельности не только ритма сердца, но других показателей кровообращения для донозологической диагностики, определения типа вегетативных нарушений у детей.

Результаты работы выявили различия, а также общие закономерности развития и функционального состояния, онтогенетической адаптации сердечно-сосудистой системы и активности уровней регуляции у детей, проживающих в условиях промышленного города Южного Урала и на селе, что обосновывает и облегчает создание региональных стандартов роста и развития детей школьного возраста на современном этапе развития региона, а так же позволяет уточнить отдельные положения разрабатываемой концепции здоровья.

Разработана функциональная типология, отражающая зависимость изменений показателей кровообращения от типов реакции диастолического артериального давления и минутного объема кровообращения на активное ортостатическое воздействие.

Показана достоверность и информативность изучения функционального состояния сердечно-сосудистой системы и уровней регуляции кровообращения на основании анализа изменений показателей кровообращения и их медленноволновой вариабельности при переходе в активное ортостатическое положение.

Обоснована значимость и физиологическая информативность сочетанного использования кластерного анализа частотных характеристик медленноволновой вариабельности показателей кровообращения и сравнительного анализа относительного вклада разночастотных колебаний для оценки функционального взаимодействия активности уровней регуляции основных показателей центрального и периферического кровообращения. Показана необходимость более широкого использования нелинейных методов оценки функциональной взаимосвязи между показателями кровообращения и характеристиками их медленноволновой вариабельности.

Внедрение в практику. Результаты диссертационного исследования используются в процессе мониторинга состояния здоровья детей и оздоровления в образовательных учреждениях Челябинской области (ООУ лицей №142 г. Челябинска, МОУ СОШ № 30 г. Миасса, СОШ с. Кундравы) и Башкирии (СОШ №1 и 2 c. Верхние Киги). Полученные результаты исследования используются в мониторинге и диагностике состояния здоровья детей в лечебно-профилактических учреждениях Челябинской области (Областной ВФД, МГУ городская больница № 4 г. Миасса, центральные районные больницы с. Долгодеревенское и Миасское).

Материалы работы используются в учебном процессе на кафедрах нормальной физиологии, лечебной физкультуры, врачебного контроля, физиотерапии и реабилитологии, детских болезней Челябинской государственной медицинской академии, факультета физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета.

Положения, выносимые на защиту.

Основные показатели развития и функционального состояния сердечно-сосудистой системы детей младшего и старшего школьного возраста, проживающих в условиях города и села, находятся в границах физиологической нормы с более выраженной гетерохронностью процессов возрастной динамики у городских детей;

Различия медленноволновой вариабельности показателей сердечно-сосудистой системы у сельских и городских детей обусловлены не только условиями проживания, но и особенностью процессов онтогенетической адаптации системы регуляции кровообращения;

Внутрисистемные взаимоотношения уровней и механизмов регуляции различных показателей кровообращения связаны с возрастно-половыми особенностями сельских и городских детей;

Особенности реакции показателей кровообращения при переходе в активное ортостатическое положение выявляют более высокий уровень функционального состояния сердечно-сосудистой системы у сельских детей, а динамика медленноволновой вариабельности показателей кровообращения в активном ортостазе является отражением изменений активности уровней регуляции сердечно-сосудистой системы, имеющих возрастно-половые и физиолого-демографические различия.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-методической конференции «Физическая культура, спорт, туризм: наука, образование, технологии» (Чайковский, 2004); 69-й итоговой научной сессии КГМУ и отделения медико-биологических наук Центрально-Черноземного научного центра РАМН (Курск, 2004); VI областной научно-практической конференции «Профилактика, реабилитация и адаптация в медицине и спорте» (Челябинск, 2004); XIX съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); Международной конференции «Физиология развития человека», посвященной 60-летию Института возрастной физиологии РАО (Москва, 2004); Научно-практической конференции посвященной 60-летию Челябинской областной общественной организации врачей-терапевтов (Челябинск, 2004); IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов по медицине (Тула, 2004); Международной научной конференции «Современные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Таиланд, 2004); Юбилейной научной конференции КГМУ и сессии Центрально-Черноземного научного центра РАМН «Университетская наука: взгляд в будущее», посвященной 70-летию КГМУ (Курск, 2005); X Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые в медицине», посвященной 1000-летию Казани и 60-летию Победы в Великой Отечественной войне (Казань, 2005); Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Тунис, 2005); V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005); Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 85-летию Пятигорского института Курортологии «Актуальные вопросы современной курортологии, восстановительной медицины и реабилитации» (Пятигорск, 2005); 2-й областной научно-практической конференции «Актуальные проблемы восстановительной медицины» (Челябинск, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Физическая культура, здравоохранение и образование в свете идей выдающегося врача и педагога В.С. Пирусского» (Томск, 2007); областной научно-практической конференции «Актуальные вопросы восстановительного лечения, оздоровления, спортивной медицины» (Челябинск, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Современные возможности восстановительного и реабилитационного лечения в условиях НУЗ ОАО «РЖД» (Челябинск, 2009); ежегодных научно-практических конференциях факультета физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2004; 2005; 2006; 2007; 2008; 2009).

Тема диссертации входит в план научно-исследовательской работы Южно-Уральского государственного университета (номер государственной регистрации 01.990007567). В 2004 г. исследования проводились при поддержке грантов Министерства образования РФ и Правительства Челябинской области (П2002264 и 018.04.10-04ВГ).

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 30 научных работ, в том числе 12 в центральных и рекомендованных ВАК для публикации журналах и 2 монографии.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 339 листах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 424 источников отечественной и зарубежной литературы. Текст иллюстрирован 85 таблицами и 117рисунками.

Содержание работы

Организация и методы исследования

В исследованиях участвовали дети в возрасте 8-16 лет (табл. 1 и 2).

Таблица 1 Возрастно-половая структура обследованных городских детей

Всего в исследованиях участвовали 1925 детей первой и второй медицинской групп. Проводилось изучение амбулаторных карт для определения медицинской группы каждого ребенка (по данным ежегодных медицинских осмотров). Кроме того, на момент исследования проводился опрос и объективный осмотр, для исключения детей с остро возникшими и обострениями заболеваний, а так же оценивалось половое развитие детей по степени выраженности половых признаков по Дж. Таннеру [Нарушения полового развития, 1989; J. Tanner, 1962]. Дети, показатели которых выходили за рамки 97-3 процентили, из обследования исключались. Определение стадий полового развития проводились у городских детей врачами районных поликлиник в ходе плановой диспансеризации, а у сельских - андрологами и гинекологами г.г. Челябинска и Миасса.

Таблица 2 Возрастно-половая структура обследованных сельских детей

Возрастное разграничение по группам проводилось согласно общепринятой периодизации и методике [А.Ф. Тур, 1960; И.А. Аршавский, 1967; А.А. Маркосян, 1969; Детская спортивная медицина, 1991; А.В. Мазурин, И.М. Воронцов, 2000].

Измерялись антропометрические показатели: длина (см) и масса тела (кг), окружность грудной клетки (ОГК, см), головы (ОГ, см), шеи (ОШ, см), талии и конечностей (см) по общепринятым методикам, описанным в соответствующих руководствах [П.Н. Башкиров, 1969; В.А. Еренков, 1984; С.В. Васильев, 1996; Физическое развитие детей и подростков, 1999; А.В. Мазурин, И.М. Воронцов, 2000]; артериальное давление (АД): систолическое (САД, мм рт.ст.) и диастолическое (ДАД, мм рт.ст.) в положении лежа и активного ортостаза при помощи стандартного сфигмоманометра методом Н.С. Короткова [1905], с учетом рекомендаций ВОЗ [Исследование артериального давления, 1986]. По разнице систолического и диастолического АД рассчитывалось пульсовое давление (ПД, мм рт.ст.). Кроме того, по формуле , определялось среднединамическое давление (СДД, мм рт.ст.) крови [Очерки спортивной кардиологии, 1968].

Определение толерантности к гипоксии проводилось при помощи пробы Штанге (ПШ, с), являющаяся одной из достоверных методик интегральной оценки функционального состояния и резервных возможностей кардиореспираторной системы [Н.А. Агаджанян, А.И. Елфимов, И.В. Радыш, 1990; И.Б. Заболотский, 1990; 1993; О.В. Гришин, О.В. Никольская, 1996; Л.И. Иржак, 2001].

Изучалась физическая работоспособность при помощи пробы Руффье (30 приседаний в течение 45 с) с расчетом индекса Руффье-Диксона (ИРД, усл.ед.). Определялись некоторые расчетные интегральные показатели: индекс мышечной силы к массе тела (ИМС, %), индекс Эрисмана (ИЭ, см), индекс физического состояния по Е.А. Пироговой [1989] (ИФС, усл.ед.).

Проводилось анкетирование с целью выявления некоторых особенностей условий проживания и образа жизни сельских и городских детей. Анкеты включали вопросы по паспортным данным, условиям проживания (место жительства, количество комнат на человека), занятиям физической культурой и спортом, вредным привычкам.

Для одновременной регистрации показателей центральной и периферической гемодинамики нами использована биоимпедансная тетраполярная реополиграфия на базе компьютерной системы «Кентавр IIРС» фирмы «Микролюкс» (рекомендована к производству и применению в медицинской практике протоколом № РОСС.RU.АЮ 45.В00211 от 28.11.2002г.).

Система «Кентавр» позволяет одновременно, в режиме реального времени регистрировать электрокардиограмму (ЭКГ) в первом стандартном отведении, трансторакальную реограмму, движения грудной клетки при дыхании, пульсацию пальца кисти при помощи пульсоксиметрического датчика, а также измерять АД. При этом компьютерная программа позволяет не только регистрировать определенные величины рео- или ЭКГ кривых, но и при помощи формул рассчитывать показатели кровообращения. Показатели сердечно-сосудистой системы регистрируемые системой «Кентавр»:

1. Частота сердечных сокращений (HR, уд/мин) - регистрируется по R-R (с) интервалам I стандартного отведения ЭКГ по формуле: ;

2. Ударный объем (SV, мл) рассчитывается при помощи формулы Кубичека по ЭКГ и первой производной трансторакальной реограммы.

3. Минутный объем кровообращения (CО, л/мин). Кроме того, система «Кентавр» рассчитывает сердечный индекс (Ci, л/мин/м2), т.е. отношение МОК на площадь поверхности тела;

4. Фракция выброса левого желудочка (EF, %) рассчитывается при помощи формулы Тагифта по ЭКГ и первой производной трансторакальной реограммы.

5. Хитер-индекс (Hi, усл.ед.), является показателем сократимости миокарда и рассчитывается по формуле.

6. Амплитуда диастолической волны наполнения сердца (Fw, мОм) по трансторакальной реограмме;

7. Амплитуда пульсации аорты (Athrx, мОм) по трансторакальной реограмме;

8. Амплитуда пульсации среднего пальца кисти (Atoe, мОм) по пульсоксиметрической кривой;

9. Систолическое артериальное давление (BP, мм рт.ст.), расчетный показатель - по скорости распространения пульсовой волны между зубцом R ЭКГ и пиком первой производной пульсовой волны микрососудов пальца;

10. Сегмент ST I стандартного отведения ЭКГ - расположение данного сегмента относительно изолинии (мм);

Кроме того, рассчитывалось общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС, дин/с/см-5) по формуле: , где СДД - среднединамическое давление, МОК - минутный объем кровообращения.

Пульсоксиметрический датчик, кроме регистрации пульсации пальца кисти, на основании колебаний интенсивности прохождения красных и инфракрасных лучей, пропущенных через палец, фиксировал степень насыщения гемоглобина кислородом (SpO2, %), а также рассчитывался индекс доставки кислорода к тканям (DO2i, мл/мин/м2).

В системе «Кентавр» для оценки нейровегетативных влияний на гемодинамику используется индекс вегетативной активности (ИВА, усл.ед.) [А.А. Астахов, 1996].

Исследования детей с использованием системы «Кентавр» проводилось в положении лежа, при закрытых глазах, после не менее чем 5 минутного отдыха перед процедурой. В качестве функциональной нагрузки использовалась активная ортостатическая проба. Методика проведения пробы была следующей. После регистрации показателей кровообращения в течение 500 кардиоинтервалов в положении лежа, ребенок вставал и также в течение 500 кардиоинтервалов производилась регистрация изучаемых показателей.

При помощи компьютерных программ проводился анализ медленноволновой вариабельности показателей кровообращения: частоты сердечных сокращений (ЧСС), фракции выброса (ФВ), диастолической волны наполнения сердца (ДВНС), ударного объема (УО), минутного объема кровообращения (МОК), систолического артериального давления (САД) и амплитуды пульсации пальца кисти (АППК), в основе которого положена методика быстрого преобразования Фурье [J.W. Cooley, J.S. Tukey, 1961; S.M. Kay, S.L. Marple, 1981; С.Л. Марпл, 1990]. Изучение середины спектра колебаний показателей (Fm) в диапазоне от 0 до 0,5 Гц производилась при помощи компьютерной программы системы «Кентавр». Кроме того, по спектрограммам определяется мода частоты (Мо, Гц), т.е. наиболее часто встречающаяся частота медленноволновых колебаний, которая представлена наиболее выраженным спектром.

При помощи программы «Биоспектр» [А.Н. Рагозин, 2001; 2002] изучались следующие временные характеристики медленноволновой вариабельности показателей кровообращения:

1. Общая мощность спектра (ОМС) медленноволновых колебаний показателя за 5 мин. Показатель оценивает общую вариабельность и представляет собой квадрат дисперсии показателя за 5 мин.

2. Мощность медленноволновых колебаний в диапазонах спектра (в абсолютных и относительных единицах). Является квадратом дисперсии изучаемого показателя в соответствующем частотном диапазоне медленноволнового спектра.

В программе «Биоспектр» анализ мощностных характеристик медленноволновых колебаний показателей кровообращения производится по четырем диапазонам [Heart Rate Variability, 1996], названия и частотные промежутки которых представлены в табл. 3.

Таблица 3 Частотные диапазоны медленноволнового спектра используемые в программе «Биоспектр» согласно Стандартам

Учитывая краткосрочность записей, самый низкочастотный диапазон использовался в обсуждении результатов, однако при обобщенных выводах его интерпретация проводилась совместно с очень низкочастотным диапазоном.

Отличием методологии спектрального анализа в данных исследованиях являлась 60% фильтрация спектра, в системе «Кентавр» и интерполяция тренда в программе «Биоспектр», что диктовалось особенностью психомоторных функций детей обследованного возраста и позволило устранить большинство артефактов и погрешностей при регистрации показателей кровообращения.

Полученные материалы исследований были подвергнуты статистической обработке общепринятыми методами вариационной статистики. Кроме этого, проводились факторный дисперсионный, линейный и нелинейный регрессионный, корреляционный (ранговая корреляция Спирмена), кластерный анализы морфофункциональных показателей и результатов изучения медленноволновой вариабельности кровообращения. При статистической обработке нами были использованы компьютерные программы по обработке результатов научных исследований Microsoft Excel ХР и STATISTIKA.

Определение достоверности различий (р) двух выборок абсолютных показателей, результатов ранговой корреляции, регрессионного и дисперсионного анализов, проводилась при помощи критерия Стьюдента (t); относительных - по критерию Фишера (F). Кроме того, для определения однородности выборок показателей проводился тест Левена.

Результаты исследования и их обсуждение

Основные различия факторов, оказывающих воздействие на морфофункциональное развитие сельских и городских детей проявляются в уровне информационных и учебных нагрузок, качестве медицинского обслуживания, качестве и количестве питания, пристрастии к вредным привычкам, уровне двигательной активности и пр. Данные различия приобретают особую актуальность в связи со значительными изменениями социально-экономического обустройства России, которые наблюдаются в последние десятилетия. Комплекс вышеуказанных причин способствует формированию особенностей возрастного развития не только морфологических, но и функциональных параметров, с физиолого-демографическими различиями деятельности систем детского организма, в первую очередь, системы кровообращения, а также уровней и механизмов ее регуляции.

Сравнительная характеристика функционального состояния сердечно-сосудистой системы городских и сельских детей

Исследования показывают, что развитие функции сердечно-сосудистой системы у сельских и городских детей соответствует физиологическим нормам (табл. 4). Функциональная характеристика кровообращения и возрастной динамики ее показателей характеризуются наличием внутриполовых различий, что согласуется с данными литературы [И.О. Тупицын, 1985; М.Д. Берг, 1997] с гетерохронностью показателей сердечно-сосудистой системы, которая проявляется фазностью их возрастной динамики.

Анализ хронотропной функции сердца показывает, что различия онтогенетической адаптации проявляются в возрастной динамике хронотопной функции, более высокими показателями ЧСС у сельских детей, тогда как изучение интропной функции сердца не выявляет закономерных различий у обследованных детей. Кроме того, функциональной особенностью у сельских детей является более высокая диастолическая волна наполнения сердца, которая, в значительной степени, определяется венозным возвратом.

Изучение объемных характеристик центрального кровообращения показывает, что у сельских девочек младшего школьного возраста наблюдаются более низкие показатели УО. Однако в результате более значимой возрастной динамики к старшему школьному возрасту наблюдается выравнивание показателя, по сравнению со сверстницами из города. С другой стороны у городских девочек обнаруживается недостаточность прироста УО к старшему школьному возрасту, что определяет стабильность МОК, тогда как в остальных группах выявляется увеличение сердечного выброса. Несмотря на это, в обеих группах девочек обнаруживается возрастное снижение СИ (рис. 1), а у мальчиков данный показатель не изменяется.

Таблица 4 Показатели центрального кровообращения у сельских и городских детей младшего и старшего школьного возраста (M±m)

Примечание к табл. 4: ГДМ - городские девочки младшего школьного возраста; ГДС - городские девочки старшего школьного возраста; СДМ - сельские девочки младшего школьного возраста; СДС - сельские девочки старшего школьного возраста; ГММ - городские мальчики младшего школьного возраста; ГМС - городские мальчики старшего школьного возраста; СММ - сельские мальчики младшего школьного возраста; СМС - сельские мальчики старшего школьного возраста.

Результаты исследования показывают, что характерной особенностью онтогенетической адаптации кровообращения к условиям проживания сельских детей являются более высокие показатели АД, что сопровождается более высокими показателями периферической пульсации сосудов (табл. 5). Несмотря на это, закономерностью функциональных изменений АД для обследованных детей является повышение среднединамического давления к старшему школьному возрасту [И.О. Тупицын, 1985; М.Д. Берг, 1997], со снижением общего периферического сопротивления сосудов, за исключением городских девочек, что, несомненно, определяется совокупностью изменений сосудистого тонуса и кардиогемодинамики.

Таблица 5 Особенности показателей артериального давления и сосудистого тонуса у городских и сельских девочек младшего и старшего школьного возраста (M±m)

Примечание: ГДМ - городские девочки младшего школьного возраста; ГДС - городские девочки старшего школьного возраста; СДМ - сельские девочки младшего школьного возраста; СДС - сельские девочки старшего школьного возраста.

При этом в младшем школьном возрасте индивидуальная оценка СИ не выявляет характерного типа кровообращения для возрастно-половых групп, тогда как в старшем школьном возрасте у большинства детей (в среднем 53,07%) выявляется гипокинетический тип кровообращения [А.Г. Дембо, 1984; 1989], за исключением сельских мальчиков, у которых обнаруживается равномерное присутствие всех трех типов.

У большинства (80,73%) обследованных детей, по данным дисперсионного анализа, наблюдается прямая зависимость сердечного индекса от показателей центрального кровообращения и отрицательная - от ОПСС (у 94,23%), что определяется общностью уровня симпатических и гуморальных регулирующих влияний [С.А. Котельников с соавт., 2002; G. Parati, 1990; M. Malik, 1998]. Например, у девочек с гиперкинетическим типом кровообращения (табл. 6) выявляются более высокие ЧСС, ударный и минутный объем кровообращения, ФВ и более низкие значения ОПСС (рис. 2).

Таблица 6 Показатели кардиогемодинамики девочек в зависимости от типа кровообращения (M±m)

Сокращения: СДМ - сельские девочки младшего школьного возраста; СДС - сельские девочки старшего школьного возраста.

Необходимо отметить, что для большинства обследованных детей, более высокие показатели периферической пульсации сосудов и ДАД наблюдаются при гипокинетическом типе кровообращения.

Анализ морфометрических характеристик по типу кровообращения девочек выявил статистически достоверную дисперсионную связь индекса Эрисмана с типами кровообращения (во всех случаях, кроме городских девочек старшего школьного возраста MSфак/MSслуч > 2,2).

У городских девочек в младшем школьном возрасте при эукинетическом типе кровообращения наблюдаются более высокие показатели ИЭ. У сельских девочек младшего школьного возраста с гипокинетическим типом кровообращения выявляются более низкие значения ИЭ (-5,460,34 см), по сравнению с эу- и гиперкинетическим (-3,170,33 и -3,00,2 см; р<0,001), что, в первую очередь, взаимосвязано с более низким УО. В старшем школьном возрасте данные взаимоотношения сохраняются. При этом для девочек с эу- и гиперкинетическим типом кровообращения характерна нормостеническая грудная клетка.

Функциональные различия в системе кровообращения проявляются характерной особенностью динамики результатов проб Штанге.

В частности, несмотря на положительную возрастную динамику результатов ПШ во всех группах детей, у городских детей наблюдается более выраженный прирост данного показателя к старшему школьному возрасту с волнообразностью возрастной динамики, тогда как у сельских повозрастное увеличение толерантности к гипоксии более плавное и равномерное.

Таким образом, результаты исследования сердечно-сосудистой системы детей, проживающих в условиях города и села, выявили не только характерные особенности в деятельности отдельных звеньев сердечно-сосудистой системы и ее возрастных изменений в группах детей, но и различия, которые определяются как возрастно-половой характеристикой детей, так и условиями проживания. Последний фактор, накладываясь на характерные процессы онтогенетического приспособления детей к факторам внешней среды, формирует особенности деятельности сердечно-сосудистой системы в зависимости от возраста и пола детей.

Характеристика параметров медленноволновых колебаний функциональных показателей сердечно-сосудистой системы сельских и городских детей

В табл. 7 представлены временные характеристики вариабельности ритма сердца сельских и городских детей.

Таблица 7 Временные характеристики медленноволновой вариабельности ритма сердца у сельских и городских детей (M±m)

Примечание: ГДМ - городские девочки младшего школьного возраста; ГДС - городские девочки старшего школьного возраста; ГММ - городские мальчики младшего школьного возраста; ГМС - городские мальчики старшего школьного возраста; СДМ - сельские девочки младшего школьного возраста; СДС - сельские девочки старшего школьного возраста; СММ - сельские мальчики младшего школьного возраста; СМС - сельские мальчики старшего школьного возраста.

Как видно из табл. 7, несмотря на более низкую ЧСС у мальчиков в младшем школьном возрасте, по сравнению с девочками, статистически значимых различий активности уровней регуляции РС не наблюдается. За исключением сельских девочек, в данной возрастной группе детей, характерно преобладание спектре РС низко- и высокочастотных колебаний, которые определяются сегментарными механизмами регуляции.

Однако, у городских девочек, по сравнению с сельскими сверстницами, обнаруживается более высокая общая вариабельность РС, что определяется мощностью практически всех диапазонов, в том числе ОНЧ колебаниями, тогда как у сельских девочек выявляется регрессионная зависимость ЧСС от мощности данного спектра. Учитывая, что у мальчиков младшего школьного возраста выявляется регрессионная зависимость ЧСС от мощности ВЧ колебаний, то можно полагать, что более высокий уровень ЧСС у девочек младшего школьного возраста определяется особенностями надсегментарных влияний на РС, а у мальчиков - более выраженной активностью парасимпатической нервной системы, как проявления уровня адаптированности и функционального состояния детей. Кроме того, необходимо отметить, что ОМС ритма сердца, являющаяся общим маркером регулирующих влияний и активности адаптивных процессов, по данным ранговой корреляции, с ЧСС взаимосвязана обратно пропорционально. Учитывая это, у детей младшего школьного возраста общий рост регулирующих влияний на РС, в первую очередь, направлен на снижение частоты сердцебиений.

К старшему школьному возрасту у мальчиков наблюдается рост общей вариабельности РС, который у городских детей определяется всеми диапазонами спектра, а у сельских - СНЧ и ОНЧ колебаниями, что сопровождается относительным увеличением мощности ОНЧ диапазона (с 23,77 до 29,41%, р<0,05). При этом, если у городских мальчиков также наблюдается преобладание низко- и высокочастотных колебаний, то у сельских мальчиков данного возраста ОМС практически равномерно распределена в трех диапазонах (ОНЧ, НЧ, ВЧ), на фоне преобладания ЧСС, по сравнению со сверстниками из города. Данные особенности ВРС, показывают различия механизмов регуляции и онтогенетической адаптации хронотропной функции сердца в пубертатный период, которые функционально менее оптимальны у сельских мальчиков за счет надсегментарных и симпатоадреналовых механизмов регуляции [А.О. Навакатикян, В.В. Крыжановская, 1979; Н.Б. Хаспекова, 1996; А.А. Астахов, 2002; G.J. Cohen, A. Silverman, 1959], что, несомненно, определяется условиями проживания детей.

У девочек к старшему школьному возрасту общая вариабельность РС не изменяется с сохранением преобладания сегментарных механизмов регуляции РС (НЧ и ВЧ колебания). Несмотря на это, у городских девочек выявляется увеличение НЧ колебаний РС с появлением отрицательной зависимости ЧСС от их мощности, что, учитывая изменения показателя к старшему школьному возрасту, может определяться долей парасимпатических влияний [С.А. Котельников с соавт, 2002]. У сельских девочек выявляется снижение мощности ВЧ диапазона, что определяет относительное увеличение ОНЧ колебаний (с 23,33 до 30,57%, р<0,05) с появлением положительной зависимости показателя не только от данных колебаний, но и от НЧ. Учитывая это, можно полагать, что возрастная динамика ЧСС у сельских девочек определяется качественной модуляцией парасимпатических влияний, тогда как преобладание ЧСС по сравнению с городскими девочками надсегментарными механизмами регуляции и СНС. Постепенное нарастание вариабельности с возрастом отмечают и другие авторы [В.И. Мамий, Н.Б. Хаспекова, 2002; Н.Б. Хаспекова, 2003]. Однако, исследования А.В. Ковалевой [2000], Е.В. Быкова [2002] указывают на снижение ОМС с возрастом.

Анализ функционально мобильной функции сердца (ЧСС) показывает, что у сельских детей условия проживания, с началом пубертатных нейроэндокринных изменений, оказывают значимое влияние на процессы онтогенетического приспособления хронотропной функции и механизмы ее регуляции, проявляющиеся более высокой ролью надсегментарных механизмов регуляции, что, несомненно, является свидетельством напряжения процессов адаптации уровней регуляции РС.

Изучение более стабильной функции сердца - инотропной, показывает, что у всех детей обследованных возрастно-половых групп характерно отсутствие регрессионной зависимости ФВ от характеристик ее медленноволновой вариабельности. При этом у большинства детей (59,20% в младшем школьном возрасте и 63,91% в старшем школьном возрасте) наблюдается преобладание мощности ВЧ колебаний, расположение моды и медианы спектра в НЧ диапазоне спектра, что, несомненно, определяется сегментарными механизмами регуляции. Характерные особенности выявляются в младшем школьном возрасте, где при анализе среднестатистических значений выявляется преобладание ОНЧ колебаний ФВ, на фоне отсутствия различий относительного распределения мощности. Данное несоответствие среднегрупповых значений и преобладания ВЧ колебаний при индивидуальной оценке объясняется не только превалированием диапазона в первом случае, но и значительно более высокой ОМС.

Возрастные изменения ФВ у сельских детей происходят на фоне роста общей вариабельности показателя и стабильности относительного распределения мощности (табл.8).

У городских детей к старшему школьному возрасту наблюдаются разнонаправленные изменения в системе регуляции сократимости миокарда. В частности, у городских девочек выявляется уменьшение общей вариабельности ФВ (табл. 8), сопровождающееся снижением относительной мощности ОНЧ диапазона (с 47,75 до 24,47%, р<0,05) и ростом доли низко- и высокочастотных колебаний (с 33,08 до 38,11% и с 16,98 до 36,01% соответственно, р<0,05), тогда как у мальчиков ОМС не меняется, но возрастают очень низкочастотные колебания (с 42,15 до 61,77%, р<0,05), на фоне относительного уменьшения мощности НЧ и ВЧ диапазонов (с 35,27 до 22,27% и с 20,8 до 12,64% соответственно, р<0,05). Следовательно, если у сельских детей процессы онтогенетической адаптации сократимости миокарда и возрастной динамики механизмов ее регуляции являются количественными, то у городских - качественными, с увеличением активности надсегментарных механизмов регуляции у мальчиков и ростом активности сегментарных у девочек. Данное обстоятельство показывает, что на становление механизмов регуляции, в частности, сократимости, оказывают влияние не только условия и местность проживания детей, но, возможно, поведенческие факторы, такие, как рацион и режим питания [А.И. Федорова с соавт. 2002; И.Ю. Шевченко, 2008], более благоприятные, по сравнению с сельской местностью, социальные условия [А.И. Федоров с соавт., 2002; 2002; А.И. Федоров, 2008] проявляющиеся у мальчиков и девочек в условиях города.