CC BY
74
ВЕСТНИК ТГГПУ. 2011. №4(26)
УДК 612.8.04+577Л75.5]-053.5"465.07/Л5"
НЕРВНЫЕ И ГОРМОНАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СРОЧНОЙ АДАПТАЦИИ ШКОЛЬНИКОВ К ДОЗИРОВАННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
© М.В.Шайхелисламова, А.А.Ситдикова, Ф.Г.Ситдиков, Г.Г.Каюмова
В статье проведено комплексное исследование функционального состояния симпато-адреналовой системы (САС) и коры надпочечников (КН), их реакций на дозированную велоэргометрическую нагрузку у школьников 7-15 лет с учетом исходного тонуса вегетативной нервной системы (ВНС). На основании вариационной пульсометрии, флуорометрического метода определения катехоламинов (КА) и ДОФА в порционной моче, а также колориметрического метода исследования экскреции метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов установлено, что характер реагирования САС и КН определяется тонусом ВНС и зависит от возраста детей. Наибольшая реактивность отмечается у девочек в 9, 12 и 13, а у мальчиков - в 7, 14 и 15 лет. В состоянии симпатикотонии увеличение экскреции адреналина (А) и норадреналина (НА) сопровождается снижением ДОФА. При этом у мальчиков-ваготоников 14 лет физическая нагрузка вызывает уменьшение экскреции половых гормонов при возрастании уровня 17-оксикортикостероидов (17-ОКС). Это может указывать на преобладание катаболических процессов и низкую эффективность переключения организма от состояния работы к восстановлению.
Ключевые слова: адаптация, онтогенез, вегетативный тонус, катехоламины, кортикостероиды, физическая нагрузка.
Нервная и эндокринная регуляция функций детского организма, его адаптация к дозированным физическим нагрузкам отличается относительной незрелостью и функциональной неустойчивостью, которые проявляются в физиологическом колебании гормонов и медиаторов, изменении чувствительности рецепторного аппарата тканей-мишений [1; 2]. Соотношение функциональной активности желез внутренней секреции в условиях развертывания адаптационных реакций определяется исходным тонусом ВНС, возрастом и полом детей. При этом САС представляет собой нервное регуляторное звено, необходимое для запуска гуморального механизма приспособительных реакций, а гипофизарнонадпочечниковая система обеспечивает переход срочной адаптации в долговременную, предупреждая избыточные тканевые реакции на стресс
[3; 4].
Вегетативная неустойчивость, проявляющаяся в преобладании тонуса симпатического или парасимпатического отделов ВНС, свойственна подавляющему большинству современных детей [5; 6], которых относят в группу условно здоровых, имеющих исчерпанный лимит адаптации и риск развития вегето-сосудистых дистоний [7]. Та или иная форма расстройства ВНС может быть связана как с гиперфункцией САС, так и с повышенной чувствительностью к КА адреноре-цепторов сердца и сосудов, а также проявляться в виде изменения базальной секреции кортизола и половых гормонов [8].
Учебная деятельность может оказывать негативное влияние на нервные и эндокринные механизмы регуляции физиологических функций в детском организме [9]. Своеобразие гемодина-мических сдвигов, происходящих в организме детей при адаптации к физической нагрузке, выраженная активация САС и быстро наступающее утомление [10] позволяют рассматривать ее в качестве стрессогенного фактора, повышающего риск развития вегетативных нарушений [11]. Однако исследований, посвященных комплексному изучению реакций САС и КН на дозированную физическую нагрузку у детей с учетом исходного вегетативного тонуса, в литературе нами не обнаружено.
Все вышесказанное определило актуальность, теоретическое и практическое значение исследования, позволило сформулировать его цель: комплексное изучение реакций симпато-адреналовой системы и коры надпочечников на дозированную физическую нагрузку у детей 7-15 лет с учетом исходного вегетативного тонуса.
Организация и методы исследования В исследовании приняли участие мальчики и девочки 7-15 лет, обучающиеся в общеобразовательной средней школе №143 г.Казани, относящиеся к I и II группе здоровья.
Исследование особенностей вегетативной регуляции сердечного ритма проводилось по методу вариационной пульсометрии с использованием автоматизированного кардиопульмонологи-ческого комплекса "КЕАСАКО". Ритм сердца ре-
гистрировали в течение 3 мин в положении лежа, анализировали показатели частоты сердечных сокращений (ЧСС), моды (Мо), амплитуды моды (АМо), вариационного размаха (Ах) и индекса напряжения (ИН), физиологическую интерпретацию которых проводили согласно концепции Р.М.Баевского о двухконтурном уровне управления сердечным ритмом [12]. Оценку состояния исходного вегетативного тонуса осуществляли на основании комплексного анализа параметров гистограммы - симпатикотония характеризовалась уменьшением Мо, Ах и увеличением АМо, при ваготонии первые два показателя кардиоин-
тервалографии увеличивались, а третий - снижался. В связи с этим при оценке исходного вегетативного тонуса (ИВТ) ориентировались на интегральный показатель, каким является индекс напряжения ИН=АМо/2Мо*Дх: к симпатотони-кам относили детей с ИН более 95 усл.ед., к нор-мотоникам- с ИН в пределах от 46,0 до 68.0 усл.ед., к ваготоникам - с ИН менее 46,0 усл.ед.
Функциональное состояние САС оценивали по содержанию КА: А, НА, дофамина (ДА), а также ДОФА в суточной и порционной моче флуорометрическим методом [13] на приборе БИАН-130 (М-800).
Рис.1. Изменение экскреции катехоламинов и ДОФА, метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов в ответ на дозированную велоэргометрическую нагрузку у детей 7 лет с различным исходным вегетативным тонусом в
сердечно-сосудистой системе.
Примечание: а - А; б - НА; в - ДА; г - ДОФА; д - 17-КС; е - 17-ОКС.
Рис.2. Изменение экскреции катехоламинов и ДОФА, метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов в ответ на дозированную велоэргометрическую нагрузку у детей 9 лет с различным исходным вегетативным тонусом в
сердечно-сосудистой системе.
Примечание: а - А; б - НА; в - ДА; г - ДОФА; д - 17-КС; е - 17-ОКС.
Состояние андрогенной и глюкокортикоид-ной функции КН изучали на основании экскреции с мочой 17-ОКС и 17-кетостероидов (17-КС). Для определения 17-КС использовался колориметрический метод Н.В. Самосудовой и Ж.Ж. Басс на основе реакции Циммермана с м-динитробензолом в модификации М.А. Креховой [14]. Оптическая плотность раствора измерялась на фотоэлектроколориметре ФЭК-56ПМ. Содержание 17-ОКС определяли по реакции с фенил-гидразином после ферментативного гидролиза [14] с использованием спектрофотометра СФ-16.
Анализировались абсолютные показатели экскреции и относительные величины, рассчитанные на 1 кг массы тела.
Дозированная велоэргометрическая нагрузка задавалась в течение 3 минут на велоэргометре "Ритм" - ВЭ-05 (Киев) в положении сидя и составляла 1,5 ватта на 1 кг массы тела.
Результаты исследования Дозированная велоэргометрическая нагрузка вызывает существенные сдвиги в состоянии САС и КН, обеспечивающие необходимую мобилизацию энергетических ресурсов детского организма.
Так, у детей 7 лет отмечается прирост экскреции А в пределах от 44,25% до 78,03% и НА -от 25,39% до 51,53% у мальчиков и девочек соответственно (рис.1). Параллельно с этим увеличивается ДА при положительных сдвигах ДОФА. Независимо от ИВТ содержание 17-ОКС в порционной моче увеличивается у мальчиков в пределах 5,17%-34,03%, а у девочек - 18,86%-30,91%, при этом интенсивность сдвига зависит от исходного уровня экскреции глюкокортикои-дов - при минимальных значениях (у мальчиков и девочек в состоянии нормотонии) сдвиг на нагрузку более значителен и наоборот. Выделение метаболитов андрогенов у детей 7 лет в ответ на тестирующую физическую нагрузку также возрастает, однако если прирост 17-КС у девочек составляет почти 60,00%, то у мальчиков он колеблется в пределах 12,92%-44,63%. Это свидетельствует о больших потенциальных возможностях андрогенной функции КН у школьниц в связи с более ранним ее созреванием [14; 15].
Обращают на себя внимание 7-летние мальчики с ваготоническим вариантом ИВТ, у которых прирост 17-ОКС после нагрузки составляет лишь 5,17%, а содержание 17-КС даже снижается на 79,45 нмоль/час, что сочетается с отсутствием положительной динамики в экскреции НА и ДА. Это подтверждает сделанный ранее вывод об ас-тенизации организма мальчиков-ваготоников 7 лет [15], то есть сдвиг вегетативного баланса в сторону ваготонии является показателем снижения резервных возможностей организма первоклассников.
У мальчиков 9 и 10 лет отмечается совершенствование реакции срочной адаптации САС и КН на физическую нагрузку динамического характера. Данный возраст расценивается нами как наиболее благоприятный период для формирования навыков двигательной активности - независимо от ИВТ наблюдается одновременное увеличение экскреции А, НА (от 52,10% до 60,00%), ДА (32,52% в среднем), 17-ОКС и 17-КС (от 30,07% до 68,70%) (рис.2). Причем у мальчиков-
ваготоников по сравнению с другими группами ИВТ сдвиг изучаемых показателей наибольший (р<0,05; р<0,01).
Иная картина наблюдается у девочек 9 и 10 лет. Несмотря на возрастной скачок в экскреции НА, 17-ОКС и 17-КС, реактивность САС и КН у них резко снижена [15]. При этом реакции изучаемых систем зависят от степени сбалансированности симпатико- и парасимпатотонических влияний - у школьниц в состоянии симпато- и ваготонии независимо от фонового уровня экскреции 17-ОКС и 17-КС отмечается его снижение - на 19,78%, 35,74% и 28,70%, 22,08%, в 9 и
10 лет соответственно (рис.2). У девочек с нормотоническим вариантом ИВТ имеет место увеличение данных гормональных метаболитов, свидетельствующее о более экономном функционировании КН [16; 17].
Иная картина наблюдается у школьников 14 и 15 лет. Сдвиги в состоянии вегетативного баланса и эндокринной регуляции, свойственные для пубертатного периода, являются провоцирующим фактором, выявляющим неустойчивость и низкую экономичность приспособительных реакций подростков. Так, у мальчиков в состоянии симпатикотонии экскреция НА возрастает на 46,00% и 71,54% (р<0,05), при этом уровень ДОФА имеет тенденцию к снижению (14 лет), а увеличение ДА не превышает 15,00% (рис.3). Высокая мобилизационная готовность САС сопровождается неэкономным расходом ее функциональных резервов. У мальчиков 14 лет нами выявлены разнонаправленные сдвиги в экскреции 17-ОКС и 17-КС. Независимо от ИВТ имеет место увеличение экскреции 17-ОКС (от 35,85% до 49,85%), свидетельствующее о достаточной функциональной устойчивости глюко-кортикоидной функции КН с максимумом прироста в группе ваготоников. Данный сдвиг в содержании глюкокортикоидов наблюдается на фоне снижения уровня экскреции андрогенов. Разнонаправленные сдвиги в содержании метаболитов глюкокортикоидов и андрогенов могут быть свидетельством отрицательной функциональной взаимосвязи между ними, которая доказывает возможность угнетения кортикостероидами процесса биосинтеза и секреции андрогенов [17]. Кроме этого, полученные данные могут свидетельствовать об особенностях белкового обмена в восстановительном периоде у подростков: изменение соотношения 17-КС и 17-ОКС в сторону преобладания последних указывает на преобладание катаболических процессов над анаболическими, а именно на усиление катаболизма белков глюкокортикоидами и низкую эффективность переключения организма от состояния работы к восстановлению [16].
Таким образом, характер реагирования САС и КН на дозированную велоэргометрическую нагрузку определяется тонусом ВНС и зависит от возраста: наибольшая реактивность САС и КН отмечается у девочек в 9, 12 и 13, а у мальчиков
- в 7, 14 и 15 лет. При этом в состоянии симпатикотонии увеличение экскреции А и НА сопровождается снижением ДОФА, а у ваготоников наблюдается одновременное уменьшение КА, метаболитов андрегенов и глюкокортикоидов или их разнонаправленная динамика.
%100
s0
М
б0
40
20
0
-20
-40
а в
ІI
----II
F
l»J
1
%
% 100 80
Д
б0
40
20
0
-20
і
и
J
и
QU
Рис.3. Изменение экскреции катехоламинов и ДОФА, метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов в ответ на дозированную велоэргометрическую нагрузку у детей с различным исходным вегетативным тонусом (%).
Примечание: а - А; б - НА; в - ДА; г - ДОФА; д - 17-КС; е - 17-ОКС.
1. Антропова М.В., Манке Г.Г., Кузнецова Л.М. Здоровье школьников: результаты лонгитюдного ис- 8. следования // Педагогика, 1995. - №2. - С.26-31.
2. Безруких М.М. Возрастная физиология. - М.: Педагогика, 2002. - 225 с. 9.
3. Типисова Е.В. Реактивность и компенсаторные реакции эндокринной системы у мужского населения Европейского Севера: автореф. дис... д-ра биол. наук. - Архангельск, 2007. - 37 с.
4. Levy A. Physiological implications of pituitary tro- 10. phic activity // Journal Endocrinol. - 2002. -Vol.174. - No.2. - P.147-155.
5. Лушпа Л.Г. Влияние различных режимов двига-
тельной активности на показатели физического развития и параметры вегетативной регуляции 11.
сердечного ритма младших школьников: автореф.
дис. ... канд. биол. наук. - Томск, 2002. - 23 с.
6. Синицкая Е.Ю. Спектральная характеристика вариабельности сердечного ритма у детей 8-10 лет при умственной и физической деятельности: автореф. дис. канд. биол. наук. - Архангельск, 2006. - 21 с.
Вейн А.М. Вегетативные расстройства. - М.: Наука, 2003. - 480 с.
Курочкин А.А. Особенности нейроциркуляторной дистонии у детей и подростков: автореф. дис. . д-ра мед. наук. - М., 2000. - 46 с.
Ермакова И.В. Изменение глюкокортикоидной функции надпочечников у мальчиков-первоклас-сников в период адаптации к началу обучения в школе и в течение учебного года // Физиология человека. - 2002. - Т.28. - №1. - С.35-41.
Кмить Г.В. Продолжительность отдельных фаз и периодов сердечного цикла в зависимости от типа автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 7-8 лет // Новые исследования: альманах.
- 2005. - №1. - С.78-83.
Nakamoto T., Matsukawa K. Variability of ventricular excitation interval does not reflect fluctuation in atrial excitation interval during exercise in humans: AV nodal function as stabilizer // Journal Physiol Sci.. - 2006. - Vol.56. - No.1. - P.67-77.
б
е
в
с
н
в
в
с
н
в
12. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979.
- 295 с.
13. Матлина Э.Ш., Меньшиков В.В. Клиническая биохимия катехоламинов. - М.: Медицина, 1967.
- 304 с.
14. Колб В.Г., Камышников В.С. Клиническая биохимия. - Минск: Беларусь, 1976. - 222 с.
15. Шайхелисламова М.В., Ситдикова А.А., Ситди-ков Ф.Г. Взаимосвязь симпато-адреналовой системы, коры надпочечников и вегетативного тону-
са у детей 7-9-летнего возраста // Физиология человека. - 2008. - Т.34. - №2. - С.1-10.
16. Виру А.А. Деятельность коры надпочечников при физических нагрузках // Эндокринные механизмы регуляции приспособления организма к мышечной деятельности. - Тарту, 1969. - Вып.1. - С.21-71.
17. Виру А.А. Функция коры надпочечников при мышечной деятельности. - М.: Медицина, 1977. -176 с.
NERVOUS AND HORMONAL MECHANISMS OF URGENT ADAPTATION OF SCHOOL-AGED CHILDREN TO THE DOSED PHYSICAL STRAIN
M.V.Shajhelislamova, A.A.Sitdikova, F.G.Sitdikov, G.G.Kajumova
The article presents a comprehensive study of the functional state of sympathoadrenal system (SAS) and the adrenal cortex (AC), their dose-response velosimulator training load stress in seven-to-fifteen -year-old school children with the original tone of the autonomic nervous system (ANS) taken into account. By means of variational pulsometry, fluorometric methods for determining catecholamines (CA) and DOPA in the urine portion, colorimetric methods for investigating the excretion of metabolites of androgens and glucocorticoids, it was found that the nature of the NAC and the SC response is determined by the VNS tonus and is age dependent. The highest reactivity was observed in nine, twelve and thirteen -year-old girls and seven, fourteen and fifteen-year-old boys. In the state of sympathicotonia an increased excretion of adrenaline (A) and noradrenaline (NA) is accompanied by a decrease in DOPA. At the same time in fourteen-year-old boys with ANS disorders physical activity decreases the excretion of sex hormones with an increase of the 17-hydroxycorticosteroid level. This may indicate the predominance of catabolic processes and the low efficiency of switching the organism from the state of activity to recovery.
Key words: adaptation, ontogeny, autonomic tone, catecholamines, corticosteroids, physical exercise.
Шайхелисламова Мария Владимировна - доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии, физиологии и охраны здоровья человека Института физической культуры и восстановительной медицины Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Ситдикова Айгуль Амировна - кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности Института физической культуры и восстановительной медицины Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Ситдиков Фарит Габдулхакович - доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии, физиологии и охраны здоровья человека Института физической культуры и восстановительной медицины Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Каюмова Гузель Газинуровна - аспирант кафедры анатомии, физиологии и охраны здоровья человека Института физической культуры и восстановительной медицины Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 17.10.2011
