Дифференциальное исследование теплопродукции у подростков

Дифференциальное исследование теплопродукции у подростков

А.Л. Корепанов, доцент

Севастопольский национальный

технический университет

Проведено исследование физической работоспособности и динамики кожной температуры во время и после стандартной физической нагрузки у подростков 13-14 лет с разным уровнем физического развития. Установлено, что акселеранты имеют более низкий уровень относительной физической работоспособности и демонстрируют меньшие сдвиги теплопродукции в ответ на физическую нагрузку. Это свидетельствует о низких функциональных возможностях систем энергообеспечения у акселерантов.

Введение

Известно, что состояние терморегуляционных систем растущего организма связано с интенсивностью теплопродукции и параметрами, определяющими теплоотдачу и дополнительный термогенез [1]. Механизмы теплопродукции напрямую связаны с обменом веществ, который определяет основные механизмы роста, развития и формирования адаптивных реакций [2,3]. Очевидно, что особенности обмена веществ и его важнейших составляющих - теплопродукции и энергообмена - влияют не только на процессы роста и развития в целом, но и на ускорение и замедление морфофункционального созревания ребенка - акселерацию и ретардацию развития.

По мере исследования механизмов акселерации в литературе накапливались данные о нарушениях в состоянии здоровья детей с ускоренным или замедленным темпом развития. Оказалось, что у акселерантов чаще, чем у сверстников, встречаются вегетососудистые дисфункции, нарушения психики, факторы риска развития хронических соматических заболеваний и др. [4,5,6]. Традиционное представление о ретардантах как детях с частыми отклонениями со стороны основных систем жизнеобеспечения (сердечно-сосудистой, нервной системы, опорно-двигательного аппарата [7,8,9]) подвергается коррекции: имеются данные о превышении у ретардантов уровня здоровья и интегральных показателей функционального состояния организма (PWC₁₇₀, МПК, уровень здоровья), рассчитанных на 1 кг массы тела, по сравнению со сверстниками [3].

Таким образом, процессы, определяющие темпы психофизиологического развития, влияют на характер адаптивных процессов детей, уровень функционального состояния физиологических систем и определяют, в числе прочих факторов, уровень здоровья ребенка. Несмотря на более чем столетнюю историю изучения акселерации, в литературе нет единого мнения по поводу ее физиологических механизмов. Актуальность темы в настоящее время лишь возросла в связи с необходимостью исследования причин увеличения заболеваемости детей: в последние десятилетия наблюдается значительный рост сердечно-сосудистой патологии, психических заболеваний, патологии опорно-двигательного аппарата детей, нарушений иммунитета и т.д. [7,10,11]. Исследователи связывают это с нарушениями в структуре питания и пищевом статусе детей, повышением учебных и эмоциональных нагрузок, нарушениями режима, с дефицитом сна, гиподинамией и др. [12-14].

Если еще 10 лет назад большинство исследователей в разных странах констатировали ускорение темпов созревания детей [3,4,11 и мн.др.], то в последние годы такого единодушия не наблюдается: ряд авторов отмечают снижение темпов акселерации и даже прекращение ускорения темпов прироста ряда показателей [15-17], по другим источникам - акселерация продолжается [24-27]. Имеются данные о продолжающемся увеличении темпов роста и одновременном снижении уровня максимального потребления кислорода [18]. Неоднозначность результатов, полученных в разных регионах - Украине, России, Прибалтике, Польше, Голландии и др., - позволяет предположить, что выраженность глобальной тенденции к прекращению акселерации, обусловленной, вероятно, исчерпанием функциональных резервов адаптации, зависит от климатогеографических и социальноэкономических условий региона. По всей видимости, хронологическое совпадение снижения темпов акселерации и увеличения заболеваемости детей не случайно, и эти явления имеют единую этиопатогенетическую основу.

Большинство авторов, изучающих как механизмы акселерации, так и причины увеличения заболеваемости детей, не учитывают энергетический аспект проблемы, хотя именно энергообмен определяет рост и развитие индивида [2,3]. Детальное изучение обмена веществ и его проявлений - теплопродукции и энергообмена - у детей с различными темпами развития позволит выявить физиологические закономерности энергообеспечения механизмов акселерации и ретардации развития с последующей разработкой методов психофизиологической и педагогической коррекции и профилактики нарушений физиологических функций.

Исходя из изложенного, представляется целесообразным исследование физиологических механизмов акселерации и ретардации с позиций энергообмена с целью выявления и коррекции ведущих патогенетических факторов снижения уровня здоровья детей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы явилось изучение физической работоспособности и динамики кожной температуры у детей с разным уровнем физического развития (ретардантов, нормодантов и акселерантов) в покое и после дозированной физической нагрузки.

Методика исследования

В исследовании приняли участие 144 подростка - ученики восьмых классов школ города Севастополя в возрасте 13 -14 лет, из них 28 акселерантов, 98 нормодантов и 18 ретардантов. Распределение исследуемых на группы проводили по показателю «длина тела». Длина тела является основным показателем физического развития и все остальные показатели (масса, окружность грудной клетки, сила кисти и др.) оцениваются по отношению к длине тела и имеют высокую степень корреляции с этим ведущим параметром [1,15,16,19].Использовались специальные нормативные центильные таблицы [4]. К группе нормодантов отнесли подростков, длина тела которых находилась в пределах «средних величин» (коридор № 4, от 25 до 75 центилей), к группе акселерантов - детей с длиной тела «выше среднего», «высокой» и «очень высокой» (коридоры № 5,6,7, от 75 центилей и выше), к группе ретардантов - с длиной тела «ниже среднего», «низкой» и «очень низкой» (коридоры № 3,2,1, от 25 центилей и ниже).

Для исключения генетически детерминированного высокого роста из группы акселерантов исключались подростки, длина тела одного или обоих родителей которых превышала показатели «выше среднего» для соответствующей возрастной группы. В связи с выраженным влиянием менструальной ситуации на вегетативные показатели девочки не принимали участие в исследовании. Исследования проводили в первой половине дня при температуре воздуха 22-24°С и влажности 60-65%.

Массу тела определяли с помощью медицинских весов с точностью до 50 г, длину тела - с помощью вертикального ростомера с точностью до 0,5 см. Измерения температуры проводили с помощью специально разработанного электронного термометра [23], подключенного к компьютеру. Температурный датчик фиксировался на коже внутренней поверхности верхней трети бедра исследуемого. Термометрия проводилась автоматически каждые 30 секунд с точностью до 0,01 градуса с выводом данных на экран монитора в виде таблицы и графика. На основании анализа индивидуальных графиков всех исследуемых строились усредненные температурные кривые акселерантов, нормодантов и ретардантов.

Исследуемый находился в удобном кресле в легкой одежде (трусы, майка). После стабилизации температуры (около 20 минут) исследуемый выполнял дозированную физическую нагрузку в виде 2-ступенчатой пробы для определения физической работоспособности (ФР) по Карпману [20].

Регистрация температуры продолжалась в ходе нагрузки и в периоде восстановления до возвращения к исходному уровню. Физическая работоспособность определялась по формуле:

где N₁ и N₂ - мощности двух применяемых нагрузок; f₁ и f₂ - ЧСС после 1-й и 2-й нагрузок соответственно. Каждая нагрузка длилась 3 мин. интервал отдыха между ними - 1 мин.

Определяли как абсолютные показатели ФР, так и относительные (на 1кг массы), а также рассчитанные на 1 м² площади поверхности тела. Площадь тела рассчитывали по формуле [21]:

Sт = (Нn+Мn)^1/2*166,1,

где Нn - средняя длина тела, см; Мn - масса тела, кг. Достоверность различий показателей у исследуемых групп определяли посредством метода непрямых разностей.

Результаты исследования и их обсуждение

Установлено, что средняя длина тела всей группы исследуемых составила 165,1 ± 8,7 см, нормодантов - 164,7 ± 5,3 см, акселерантов - 175,4 ± 5,8 см, ретардантов - 150,3 ± 2,1 см; средняя масса тела всех исследуемых составила 52,9 ± 10,1 кг, нормодантов - 53,5 ± 4,7 кг, акселерантов - 59,7 ± 3,3 кг, ретардантов - 38,7 ± 2,3 кг.

ФР составила в среднем 749,4 ± 251,8 кгм, причем у акселерантов показатель оказался на 12,3 % выше (p<0,01), чем у нормодантов, составив 860,5 кгм/мин. У нормодантов работоспособность оказалась равной 766,2 кгм/мин, что на 29,41 % выше (p<0,01), чем у ретардантов, у которых данный показатель составил 592,1±123,3 кгм/мин (рис. 1А).

Относительная ФР (рассчитанная на 1 кг массы тела) составила в среднем по группе 14,2 ± 4,4 кгм/мин/кг, оказавшись равной у акселерантов, нормодантов и ретардантов: 14,19 ± 3,1; 14,55 ± 3,5 и 14,95 ± 3,2 кгм/мин/кг соответственно. В отличие от общей работоспособности относительная ФР оказалась максимальной у ретардантов, средней - у нормодантов и наименьшей - у акселерантов (рисунок 1 Б).

Средняя ФР, рассчитанная на 1 м² площади поверхности тела, составила 483,3 ± 147,8 кгм/мин/ м², достигая максимума (503,2±102,7 кгм/мин/ м²) у акселерантов и составив у нормодантов и ретардантов 495,0 ± 111,9 и 460,1 ± 92,2 кгм/мин/ м² соответственно (рисунок 1В).

Рисунок 1 - Показатели физической работоспособности для акселерантов (прямоугольники с косой штриховкой), нормодантов (черные прямоугольники) и ретардантов (прямоугольники с горизонтальной штриховкой). А - абсолютные значения; Б - относительные значения; В - величина физической работоспособности, рассчитанная на 1 м² площади поверхности тела

Исследования динамики температуры кожи показали, что в покое средняя температура кожи у детей исследуемой группы составила 32,79±1,54°С, причем у акселерантов - 33,1±1,37°С, у нормодантов - 32,84±1,57°С, у ретардантов - 32,17±1,63°С. Температура покоя оказалась достоверно выше (р<0,05) у акселерантов, чем у нормодантов и ретардантов, и достоверно выше у нормодантов (р<0,05), чем у ретардантов (рисунок 5А). В ходе нагрузки у всех исследуемых происходило падение температуры, затем - подъем выше исходного уровня с последующим восстановлением. Детальный анализ

144 температурных кривых позволил выделить ряд параметров изменения температуры, отображенных на схеме температурной кривой (рисунок 2):

- исходная температура -°С(7);

- степень падения температуры - °С; (участок 7-6);

- время падения температуры - мин (участок 1-2);

- степень быстрого увеличения температуры - °С (участок 6-8);

- время быстрого увеличения температуры - мин (участок 2-3);

- скорость быстрого увеличения температуры (частное от деления степени быстрого увеличения температуры на его время)- °С/мин;

- степень общего увеличения температуры - °С (участок 6-9);

- время общего увеличения температуры - мин (участок 2-4);

- скорость общего увеличения температуры (частное от деления степени общего увеличения температуры на его время)- °С/мин;

- степень увеличения температуры от исходного уровня до максимума - °С (участок 7-9);

- время восстановления температуры - мин (участок 4-5);

- длительность эксперимента - мин (участок 1-5).

Рисунок 2 - Схема температурной кривой (объяснения в тексте)

Пример температурной кривой исследуемого Гончара Евгения представлен на рисунке 3, усредненные кривые акселерантов, нормодантов и ретардантов - на рисунке 4.

Рисунок 3 - Температурная кривая исследуемого Гончара Е.А.

Видно (рисунки 3,4), что снижение температуры начинается одновременно с нагрузкой. Вероятно, это связано с испарением выделившегося пота [22]. Падение температуры приостанавливается на время отдыха после первой нагрузки и возобновляется с началом второй нагрузки. В середине или в конце второй нагрузки падение температуры сменяется ее увеличением. Температура упала в среднем (все исследуемые) на 0,83±0,57°С за 5,99±1,94 мин, составив 31,96±1,51 °С. Время падения температуры оказалось достоверно выше у нормодантов, чем у акселерантов и ретардантов (p<0,05). У нормодантов прекращение снижения температуры совпадало с прекращением второй нагрузки, а у акселерантов и ретардантов происходило в середине второй нагрузки. Степень снижения температуры у групп исследуемых достоверно не отличалась: у акселерантов температура снизилась на 0,85±0,47°С; у нормодантов - на 0,83±0,61°С; у ретардантов - на 0,78±0,52°С. Все цифровые данные параметров изменения температуры у исследуемых групп приведены в таблице 1.

Последующее общее увеличение температуры (участок 2 - 4 на рисунке 2) отчетливо разделялось на 2 периода: быстрого увеличения (участок 2 - 3) и медленного увеличения (участок 3 - 4). Время быстрого увеличения температуры (в среднем по всем исследуемым) составило 6,39±2,54 мин, степень - 1,74±0,75 °С. У ретардантов этот период (8,02 мин) длился достоверно дольше (р<0,05), чем у нормодантов

(6,51 мин) и акселерантов (5,30 мин); у нормодантов - дольше, чем у акселерантов (р<0,05). Так же распределились исследуемые группы и по степени быстрого увеличения температуры (различия между группами достоверны): у ретардантов температура возросла на 1,83°С, у нормодантов - на 1,40 °С, у акселерантов - на 1,1°С (рисунок 5Б). Скорость быстрого увеличения температуры у нормодантов (0,22°С/мин) и ретардантов (0,23°С/мин) достоверно не различалась, однако была больше (р<0,05), чем у акселерантов (0,21°С/мин) (рисунок 5В).

Рисунок 5 - Сравнительная характеристика основных параметров температурной кривой у акселерантов (прямоугольники с косой штриховкой), нормодантов (темные прямоугольники) и ретардантов (прямоугольники с горизонтальной штриховкой).

А- температура покоя; Б - степень быстрого увеличения температуры; В - скорость быстрого увеличения температуры; Г - степень общего увеличения температуры;

Д - время общего увеличения температуры; Е - степень увеличения температуры от уровня покоя до максимума

Общее увеличение температуры от минимального до максимального значения (участок 2 - 4) составило в среднем (по всем исследуемым)

1,74°С и длилось 17,24 мин. У нормодантов время общего увеличения температуры оказалось достоверно (р<0,05) больше, чем у акселерантов и ретардантов, составив 18,22 мин. У акселерантов температура увеличивалась в течение 14,89 мин, у ретардантов - 15,5 мин (рисунок 5Д). Температура увеличилась (по сравнению с минимальным значением) у нормодантов и ретардантов на 1,79°С и 2,16°С соответственно, что достоверно (p<0,01) больше, чем у акселерантов, у которых увеличение составило 1,55°С (рисунок 5Г). Скорость общего увеличения температуры была несколько большей у ретардантов (0,11°С/мин), чем у нормодантов (0,10°С/мин) и у акселерантов (0,10°С/мин), но достоверных различий по этому показателю у исследуемых групп не выявлено.

По сравнению с уровнем покоя температура в наибольшей степени возросла у ретардантов (на 1,38°С), несколько меньше - у нормодантов (на 1,03°С) и минимально - у акселерантов (на 0,77°С) (рисунок 5Е). Различия между всеми группами по этому показателю достоверны (р<0,05). Восстановление температуры до исходного уровня проходило достоверно (р<0,05) быстрее (за 19,18 мин) у акселерантов, чем у нормодантов и ретардантов, и достоверно (р<0,05) быстрее (за 25,27 мин) у нормодантов, чем у ретардантов, у которых этот показатель составил 32,09 мин. Общая длительность эксперимента (от начала физической нагрузки до восстановления температуры - участок 1 - 5 на рисунке 2) оказалась максимальной у ретардантов (53,2 мин), несколько ниже (недостоверно) - у нормодантов (50,48 мин). У акселерантов этот показатель был достоверно ниже (р<0,01), чем у двух других групп, и составил 40,24 мин.

Таким образом, максимальный диапазон температурных сдвигов зарегистрирован у ретардантов: будучи исходно ниже, их кожная температура в восстановительном периоде увеличивается быстрее и в большей степени, чем у двух других групп. Нормоданты занимают промежуточное положение, однако по большинству параметров приближаются к ретардантам, а по скорости быстрого увеличения температуры, длительности эксперимента практически с ними совпадают.

Акселеранты, имея наибольшую температуру покоя, демонстрируют минимальный диапазон теплопродукции в ответ на физическую нагрузку: их температура возрастает медленнее и в меньшей степени, чем у нормодантов и ретардантов; быстрее возвращается к исходному уровню. Интересно, что первичное падение температуры у акселерантов несколько более выражено, чем у других групп. Это свидетельствует о большем напряжении симпатической системы, вызывающем больший выброс пота на поверхность кожи.

Полученные показатели свидетельствуют о существенных различиях важнейших физиологических функций у исследуемых групп. Уровень относительной физической работоспособности, характеризующий состояние системы кислородного обеспечения и являющийся показателем функционального состояния организма в целом [3,4], оказался минимальным у акселерантов и максимальным у ретардантов, что говорит о недостаточности энергетического обеспечения мышечной деятельности у детей с опережением развития и согласуется с полученными нами ранее данными о меньших адаптивных возможностях системы энергопродукции у акселерантов [23].

Нагрузка вызывает значительный «разогрев» мышц - внутренняя температура тела может увеличиваться на 2^оС [28]. Зарегистрированное в наших исследованиях падение температуры кожи во время первой нагрузки объясняется выделением пота, который охлаждает кожу, и общим сужением кожных артериол в начале работы. При выполнении 2-й, более мощной, нагрузки падение температуры прекращается и сменяется ее быстрым ростом (рисунок 4), что связано с увеличением кровотока в коже при возрастании интенсивности работы [29]. Дальнейшее длительное - около 20 минут - увеличение температуры отражает отдачу тепла, выработанного в процессе повышенного метаболизма, связанного с активацией преимущественно аэробных механизмов энергообеспечения работающих мышц. Такие механизмы в возрасте 13-14 лет уже сформированы и в основном обеспечивают работу в зоне умеренной мощности [1]. Небольшой по сравнению с двумя другими группами исследуемых диапазон температурной реакции у акселерантов, вероятно, отражает меньшую интенсификацию реакций окислительного фосфорилирования в ответ на дозированную физическую нагрузку. Такая реакция не может быть объяснена экономизацией энергообеспечения мышечной деятельности, так как соответствует низкой относительной работоспособности акселерантов. Отсутствие экономизации подтверждается и вегетативными показателями: пульс у акселерантов после нагрузки увеличился в большей степени, чем у нормодантов и ретардантов.

Установленные нами низкие функциональные возможности систем энергообеспечения у акселерантов по сравнению с детьми с нормальным и замедленным физическим развитием, вероятно, являются первичными проявлениями напряженности адаптационных систем детского организма. Разработка методик донозологической диагностики, основанных на скрининговых исследованиях показателей энерго- и теплообмена, позволит проводить своевременную медико - педагогическую коррекцию возникающих нарушений в работе систем жизнеобеспечения ребенка и, в конечном счете, снизить заболеваемость детей

Выводы

1 Механизмы функционирования систем жизнеобеспечения подростков зависят от уровня их физического развития.

2 Уровень функционирования систем кислородного обеспечения (по показателю относительной физической работоспособности) выше у ретардантов, чем у акселерантов и нормодантов.

3 Адаптивные резервы терморегуляции ниже у акселерантов, чем у других исследуемых групп.

4 Акселеранты имеют более низкие функциональные возможности систем энергообеспечения по сравнению с нормодантами и ретардантами.

Список литературы

1. Козлов В.И., Фарбер Д.А. Физиология развития ребенка / Под ред. В.И. Козлова /Педагогика, 1983. - 296 с.

2. Аршавский И.А. Рост и развитие организмов / Количественные аспекты роста организмов.- М.: Наука, 1975. - С. 92-105.

3. Апанасенко Г.А. Эволюция биоэнергетики и здоровья человека.- СПб.: МГП«Петрополис», 1992. - 123с.

4. Детская спортивная медицина / Под ред. С.Б. Тихвинского, С.В. Хрущева. - М.: Медицина, 1991. - 560с.

5. Криворучко Т.С. Гигиеническое значение изменений в биологии развития человека (Причины и значение акцелерации развития) / Под. ред. Г.Н. Сердюковской. - Кишинев:Штиинца, 1979. - 184с.

6. Каладзе Н.Н., Мошкова Е.А. Особенности вегетативных дисфункций у подростков с различной интенсивностью процессов роста и полового созревания // Вестник физиотерапии и курортологии. - 2005. - №1. - С. 36-38.

7. Баранов А.А. Физиология роста и развития детей и подростков (теоретические и клинические вопросы) / Под ред. А.А. Баранова, Л.А. Щеплягиной. - М., 2000. - 584с.

8. Миклашевская Н.Н., Соловьева Н.З., Година Е.З. Ростовые процессы у детей и подростков / Под ред. Н. Н. Миклашевской. - М.: Изд-во МГУ,1988.-184 с.

9. Усов И.Н. Здоровый ребенок: Справочник педиатра. - Мн.: Беларусь,1984.-207с.

10. Баранов А.А., Кучма В.Р. Исследования физического развития детей и подростков в популяционном мониторинге. Руководство для врачей / Под ред. А.А. Баранова.- М., 1999. - 226 с.

11. Смоляр В.И. Гигиенические проблемы роста детей и подростков. - К.: Здоровье, 1985. - 128с.

12. Баранов А.А. Профилактические технологии в педиатрии. Научные и практические проблемы // Педиатрия. - 2004. - №5. - С.1-4.

13. Баранов А.А. Научные и практические проблемы Российской педиатрии на современном этапе // Педиатрия. - 2005. - №3.-С.4-7.

14. Резолюция Международного конгресса «Здоровье, обучение, воспитание детей и молодежи в ХХI веке» // Педиатрия. - 2005. - №3.-С.4-7.

15. Грицинская В.Л., Галактионова М.Ю. Индивидуально-типологические закономерности роста и развития детей. - Красноярск, 2005. - 97с.

16. Крукович Е.В., Лучанинова В.Н., Нагирная Л.Н. Динамика физического развития детей г. Владивостока // Педиатрия. - 2004.- №6.-С.89-96.

17. Узунова А.Н., Лопатина О.В., Неряхина С.В. Особенности антропометрических показателей детей старшего школьного возраста г. Челябинска // Педиатрия.-2004.-№4.-С.80-82.

18. Круцевич Т. Возрастная динамика физического состояния подростков 13-14 лет г. Киева с 1983г. по 1997г. // Педагогіка, психологія та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту.-2000.-№2.-С.48-57.

19. Прусов П.К. Основные факторы физического развития мальчиков-подростков //Педиатрия. - 2004.-№3.-С.96-100.

20. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тесты в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988.- 208с.

21. Шейх-Заде Ю.Р., Галенко-Ярошевский П.А. Математическая модель площади тела //Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2000(3).-С.356-357.

22. Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека /Пер. с англ. / Под. ред. Р. Шмидта: В 4 т. - М.:Мир,1985.- Т.4.-283с.

23. Махонина В.С., Фоменко А.С., Корепанов А.Л. Динамика теплопродукции у подростков после физической нагрузки // Материалы Международной научно-технической конференции «Молодежь и современные проблемы радиотехники». - Севастополь, 2005.-С.53.

24. Adult height corrected for shrinking and secular trend / R. Niewenweg, M.L. Smit,

25. M.J. E. Walenkamp et al. // Annals of human biology.-Sept-oct. 2003.-No 5.-P.563-569.

26. Krawczynski M. Secular changes in body height and weight in children and adolescents in Poznan, Poland, between 1880 and 2000 / M. Krawczynski, J. Walkowiak, A. Krzyzaniak // Acta P?diatr 92.-2003.-P.277-282.

27. Lintsi M. A short review of conscripts studies and secular trend of eighteen-year-old conscripts' height and weight in Tartu and Tartu country / M. Lintsi, H.Kaarma // Papers on Anthropology XII.-2003.-P.134-144.

28. Prokopec M. Changes in human morphology during the 20^th century (example from the Czech republic) / M. Prokopec // Papers on Anthropology XIV.-2005.-P.251-278.

29. Rayand J., Matrineand J.P., Bhatnager O.P., Viellefond H.,Durand J. Body temperature during rest and exercise in residents and sojourners in hot climate // Int. J.Biometeor. - 1976. -№ 20. - Р.309-317.

30. Nadel E.R. Problems with temperature regulation during exercise, New York, Academic Press, 1977.