CC BY
70
ГИГИЕНА
УДК 612.215 - 053.5.465.08/10
РЕАКЦИЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРВОКЛАССНИКОВ НА РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ НАГРУЗКИ В ТЕЧЕНИЕ УЧЕБНОГО ГОДА
Марсель Муратханович Зайнеев, Фарит Габдулхакович Ситдиков, Нафиса Ильгизовна Зиятдинова, Тимур Львович Зефиров
Кафедра анатомии, физиологии и охраны здоровья человека (зав. — проф. Ф.Г. Ситдиков) Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета, е-таИягАгоугШтаИ.т
Реферат
Процессы адаптации к учебной нагрузке кар-диореспираторной системы у мальчиков и девочек первого года обучения существенно различаются. У мальчиков локальная статическая нагрузка вызывает неблагоприятные сдвиги показателей системы внешнего дыхания. У девочек утомление организма проявляется неблагоприятной реакцией показателей как сердечно-сосудистой системы, так и системы внешнего дыхания в ответ на динамическую и статическую нагрузки.
Ключевые слова: первоклассники, учебная нагрузка, адаптация.
Начало учебной деятельности в школе приводит к резкому увеличению психоэмоциональной и физической нагрузки у детей [10, 14]. Разные виды нагрузки вызывают увеличение потребления кислорода в нервной и мышечной системах ребенка, поэтому возникает необходимость в обеспечении возросшего потребления кислорода органами и тканями. Конвекционный обмен дыхательных газов объединяет два процесса — легочную вентиляцию и транспорт газов кровеносной системой. Таким образом, кардиореспи-раторная система является единым целым, обеспечивая необходимый уровень окислительно-восстановительных процессов в клетках.
В настоящее время широко используются различные тесты физических нагрузок для изучения механизмов адаптации и функционирования дыхательной системы [12, 19]. При этом особое внимание уделяется видам и интенсивности физической нагрузки при тестировании [11, 16, 17]. Показано, что поведение и психологические нагрузки оказывают существенное влияние на систему дыхания [14]. Изучается влияние физических нагрузок на дыхание детей, имеющих патологию респираторной системы, а также проживающих в экологически неблагоприятных районах [7, 13, 15]. В ряде работ одновремен-830
но анализируются реакции дыхательной, мышечной и сердечно-сосудистой систем при физических упражнениях [6, 18, 20,]. Однако большинство исследований проводилось при использовании динамических нагрузок различной мощности, причем основное внимание уделялось показателям сердечной деятельности [4, 8, 9]. Другие исследователи занимались изучением влияния статических нагрузок, характерных для учебного процесса [2]. Именно статические усилия, направленные на поддержание рабочей позы, являются одним из неблагоприятных факторов учебной деятельности в начальной школе [1]. Поэтому сравнительный анализ влияния статических и динамических нагрузок на функции внешнего дыхания младших школьников представляет несомненный научный интерес. Своеобразие физиологических сдвигов, происходящих в системе дыхания при статических напряжениях, быстро наступающее утомление делают их важным объектом для изучения, особенно в процессе адаптации младших школьников. Общие закономерности развития функций внешнего дыхания, его резервных и адаптивных возможностей в онтогенезе детей и подростков многосторонне исследованы отечественными и зарубежными авторами. Однако отсутствует одновременный анализ составляющих конвекционного транспорта при разных видах тестирующих физических нагрузок в периоде адаптации ребенка к новому виду деятельности — обучению в школе. Безусловный интерес представляет изучение динамики показателей внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы в течение учебного года.
Рабочей гипотезой настоящего исследования было предположение о возможности неблагоприятного влияния статических нагрузок у первоклассников
ЧД (статическая)
ЧСС (статическая)
ЧД (динамическая)
ЧСС (динамическая)
М д М Д М Д
Рис. 1. Изменения ЧД и ЧСС в ответ на динамическую и статическую нагрузки.
в различные периоды учебного года на показатели конвекционного транспорта дыхательных газов.
Целью нашей работы являлось изучение влияния разных видов тестирующих физических нагрузок на составляющие конвекционного транспорта газов при адаптации к обучению в школе. Были поставлены следующие задачи: исследование показателей внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы мальчиков и девочек, обучающихся в 1-м классе общеобразовательной школы, в состоянии относительного покоя, после динамической и статической нагрузок в начале (октябрь), в середине (февраль) и в конце (май) учебного года.
В исследованиях участвовали 45 практически здоровых мальчиков и девочек 1-го класса со средним уровнем физического развития, обучающихся в общеобразовательной школе г. Казани. В течение года проводилось три обследования — в октябре, феврале и мае. С целью исключения влияния суточных и недельных ритмов детей приглашали в один и тот же день недели и время суток [3]. Использовался автоматизированный кардиопульмоно-логический комплекс АД-03М на базе Пентиум I. Функциональное состояние дыхательной системы оценивалось по величине легочных объемов и показателям вентиляции легких: жизненной емкости легких (ЖЕЛ, л), резервному объему вдоха и выдоха (РОвд., л, РОвыд., л), резервному объему при спокойной вентиляции легких (РВЛ, л), максимальной вентиляции легких (МВЛ, л/мин), а также минутному объему дыхания, дыхательному объему, частоте дыхания (МОД, л/мин; ДО, л; ЧД, ц/мин), объему форсированного вы-
доха за 1 секунду (ОФВ^ л). Показатели внешнего дыхания регистрировали на 1-й минуте после завершения статической и динамической нагрузок. Для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) школьников на нагрузки различного вида использовались такие показатели, как частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), ударный объем крови (УОК, л), минутный объем крови (МОК, л/мин), АД (мм Hg). Исследовали также показатели вариабельности сердечного ритма по методу P.M. Баев-ского (1984). УОК определяли расчетным путем по АД: АДср*100/ЧСС, МОК - по формуле: ЧСС*УОК. Показатели сердечно-сосудистой системы регистрировались на 1, 3, 5, 7 и 9-й минутах после завершения нагрузки. Сравнительный анализ полученных данных проводили по результатам 1-й минуты наблюдений. Пробу изометрической нагрузкой выполняли в положении обследуемого сидя, путем сжатия левой рукой динамометра с усилием, равным 50% от максимально производимого усилия в течение одной минуты [5]. За показатель максимально произведенного усилия принимали среднюю величину из трех попыток. Дозированную физическую нагрузку задавали на вело-эргометре с магнитным торможением, и она составляла 1,0 ватт на 1 кг массы тела ребенка, длительность педалирования -5 мин, частота — 60 об/мин. Легочные объемы и вентиляционные показатели приведены в системе BTPS. Для определения достоверности использовались стандартные значения критерия Стьюдента.
Диаграммы полученных данных представлены на рис. 1, 2, 3.
Исследования показали, что у девочек
%
*
МОД (статическая) МОК (статическая)
МОД (динамическая) □ МОК (динамическая)
М Д М Д М Д
Рис. 2. Изменения МОД и МОК в ответ на динамическую и статическую нагрузки.
%
весна =
п
ДО (статическая)
П УОК (статическая)
ДО (динамическая)
УОК (динамическая)
М
Д
М
М
Рис. 3. Изменения ДО и УОК в ответ на динамическую и статическую нагрузки.
8 лет максимальное значение ЖЕЛ было зафиксировано в феврале (1,66±0,17 л), и они превышали на 11,7% (р<0,001) таковые в октябре и на 10,5% (р<0,05) в мае. Увеличение ЖЕЛ обеспечивалось за счёт прироста РОвыд. (р<0,01). Параллельно с ЖЕЛ в течение учебного года изменялись динамические объемы легких и показатели резервов дыхания. С октября по февраль наблюдались увеличение значения ОФВ/ЖЕЛ с 68,99±0,37 до 75,63±1,08 л (р<0,05) и параллельно происходило снижение активности вентиляционной функции. Осенью значения МОД составляли 14,96±0,6 л/мин, а в феврале — на 35% меньше (р<0,05). К концу учебного года величина МОД возросла до 13,9±0,63 л/мин (р<0,01). При этом изменения МОД происходили при равном участии частотного 832
и объемного компонентов.
В начале учебного года ЧСС первоклассниц равнялась 83,18±1,16 уд/мин, МОК — 3,24±0,31 л. От октября к маю значения МОК у девочек плавно снизились на 25% (р<0,05) за счет уменьшения ЧСС (р<0,05) и УОК (р<0,05). Статическая нагрузка осенью и зимой не вызывала достоверных изменений показателей кардиореспира-торной системы первоклассниц. В конце учебного года статическая нагрузка привела к увеличению показателей МОД на 22% (р<0,05) за счет снижения ДО и возрастания ЧД (р<0,01), что свидетельствует о неэкономичной реакции респираторной системы на дозированную статическую нагрузку, при этом значения МОК и УОК возрастали (рис. 2, 3) соответственно на 43% (р<0,05), 50% (р<0,05). Динамическая
Д
нагрузка в октябре и в феврале достоверных изменений параметров внешнего дыхания девочек не вызывала, но весной обусловила увеличение значения МОД на 30% (р<0,05). При этом ДО снижался, а ЧД возрастала (р<0,01), что указывало на снижение экономичности дыхания. Во всех периодах исследования после велоэрго-метрической нагрузки наблюдалось увеличение значений МОК, УОК, ЧСС и АД.
У мальчиков, обучающихся в 1-м классе, в начале учебного года значения ЖЕЛ составляли 1,470±0,16 л, в феврале и мае уменьшились на 2,8% и 3,5% соответственно, что связано со снижением как РОвыд., так и РОвд. Минимальная частота дыхания наблюдалась в феврале (16,43± ±0,81 ц/мин), в октябре и мае она повысилась на 34°% (р<0,001) и 29°% (р<0,001) соответственно. Величина ДО осенью составляла 0,62±0,1 л, МОД - 10,43±0,74 л/мин. В течение учебного года ДО и МОД увеличивались превышая в мае исходные значения на 22,5% (р<0,05) и 51,7% (р<0,01). Динамика показателей свидетельствует о том, что в середине учебного года система внешнего дыхания мальчиков 8 лет находилась в благоприятном функциональном состоянии; к концу учебного года наблюдалось напряжение респираторной системы школьников и как следствие увеличение частотного компонента дыхания. В октябре ЧСС первоклассников составляла 80,9±1,06 уд/мин, МОК - 3,89±0,45 л. В середине учебного года значение МОК уменьшилось на 23% (р<0,05), снизились и ЧСС (р<0,05) и УОК (р<0,05). К концу учебного года показатели функции сердечно-сосудистой системы восстанавливались до значений в октябре. Статическая нагрузка в начале учебного года приводила к уменьшению значений МОД на 19,2% (р<0,01) за счет снижения ЧД на 37,5% (р<0,001) (рис. 1) и ДО на 5%% (рис.3). После динамической нагрузки наблюдалось увеличение МОД (рис. 2) вследствие учащения дыхания. Показатели ЖЕЛ, МВЛ, РВЛ имели тенденцию к снижению. В середине учебного года показатели вентиляции легких после статической нагрузки сохранялись такими же, при этом величина РВЛ/МВЛ снижалась на 4,7% (р<0,05). Более благоприятная реакция прослеживалась после динамической нагрузки - показатели МОД увеличива-
лись за счет как частотного, так и объемного компонентов, возрастала и величина ЖЕЛ. В конце учебного года статическая нагрузка вызывала увеличение МОД у мальчиков за счет частотного компонента (рис.1), при этом значение РВЛ снижалось на 20,2% (р<0,05), МВЛ - на 15,1% (р<0,05). После динамической нагрузки возникала благоприятная реакция показателей вентиляции легких и функциональных возможностей респираторной системы первоклассников. Осенью динамическая нагрузка приводила к увеличению ЧСС до 85,6±1,29 уд/мин на 1-й минуте наблюдений, САД до 118,3±1,01 мм Щ (р<0,01). На 5-й минуте подъем значений ЧСС был максимальным (91±1,25 уд/мин; р<0,05). В феврале и мае в результате динамической нагрузки значения МОК возросли (р<0,01). Зимой максимальное увеличение ЧСС наблюдалось на 5-й минуте после динамической нагрузки (91,88± ±1,48 уд/мин; р<0,05), весной — на 1-й минуте (85,5±1,55 уд/мин), МОК до 4,22± ±0,33 л (р<0,01), УОК до 49,91±1,07 мл (р<0,05). Систолическое АД также повысилось (р<0,01). Статическая нагрузка на протяжении всего учебного года не приводила к достоверным изменениям показателей сердечно-сосудистой системы мальчиков.
Таким образом, адаптация к учебной нагрузке кардиореспираторной системы мальчиков и девочек первого года обучения существенно различалась. В начале учебного года наблюдалось усиление напряжения системы внешнего дыхания у мальчиков, о чем свидетельствовало увеличение его частотного компонента. В середине учебного года адаптационные возможности кардиореспираторной системы детей 8 лет находились в оптимальном состоянии. Весной локальная статическая нагрузка вызывала неблагоприятные сдвиги показателей системы внешнего дыхания мальчиков, что, на наш взгляд, может быть связано с утомлением их организма в ответ на увеличение статических нагрузок, возрастающих по сравнению с началом обучения в школе. У девочек утомление организма к концу учебного года проявлялось неблагоприятной реакцией показателей как сердечно-сосудистой системы, так и системы внешнего дыхания, в ответ на динамическую и ста-
тическую нагрузки, что можно расценивать как напряжение кардиореспиратор-ной системы девочек в целом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антропова М.В. Реакция основных физиологических систем организма детей 6—12 лет в процессе адаптации к учебной нагрузке // Физиол. чел. — 1983. — Т.9.- № 1. — С.18-24.
2. Батенкова И.В., Горбунов Н.П., Шабунин Р.А. Состояние кардиореспираторной системы младших школьников, адаптированных к статическим напряжениям. // Росс. физ. журн. — 2004. — Т. 90. — № 8. — С. 350.
3. Бирюкович А.А. К вопросу о суточном ритме частоты дыхания у детей и подростков // Гиг. и сан. — 1977. — № 5. — С. 40-43.
4. Гуминский А.А., Новожилова А.Д., Бидер М.П. и др. Физиологические закономерности возрастного развития энергетических систем организма школьников./ Морфофункциональные показатели развития детей и подростков. — Новосибирск, 1980. — С.40-45.
5. Карпман В.Л. Изменения кровообращения при мышечной работе.//Физиология мышечной деятельности труда и спорта. Серия: Руководство по физиологии. — Л.: Наука, 1969. — С.252 — 283.
6. Кузнецова Т.Д. Возрастные особенности дыхания детей и подростков. — М.: Медицина, 1986. — 128с.
7. Павлова Г.А. Сравнительный анализ морфофунк-циональных показателей детей младшего школьного возраста, проживающих в разных экологических условиях: Автореф. дис. ...канд. биол. наук. — Казань: ТГГПУ, 2005. — 23 с.
8. Соколов Е.В., Кузнецова Т.Д., Самбурова И.П. Возрастное развитие резервных и адаптивных возможностей системы дыхания. / Физиология развития ребенка. — М., 2000. С.167-184.
9. Тихвинский С.Б., Хрущев С.В. Детская спортивная медицина / Под ред. Тихвинского С.Б., Хрущева С.В. Рук-во для врачей. — М.:Медицина,1991.- 560 с.
10. Шабунин Р.А., Сапогова, Н.В. Петрова Л.В. и др. Физиолого-педагогическое обоснование необходимости повышения физической активности детей и подростков. /Матер. XVIII съезда физиологов. — Казань, 2001. — С. 596.
11. Brittain C.J., Rossiter H.B., Kowalchuk J.M., Whipp B.J. Effect of prior metabolic rate on the kinetics of oxygen uptake during moderate-intensity exercise// Eur. J. Appl. Physiol. — 2001 Vol. 86(2). — P.125-134.
12. Ferguson C, Whipp B.J, Cathcart A.J. et al. Effects of prior very-heavy intensity exercise on indices of aerobic
function and high-intensity exercise tolerance// J. Appl. Physiol. - 2007. - Vol. 103. - P. 812-822.
13. Jack S., Rossiter H.B., Pearson M.G. et al. Ventilatory responses to inhaled carbon dioxide, hypoxia, and exercise in idiopathic hyperventilation// Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2004. - Vol. 170(2). - P.105-106.
14. Jack S, Rossiter H.B., Warburton C.J., Whipp B.J. Behavioral influences and physiological indices of ventilatory control in subjects with idiopathic hyperventilation //Behav Modif.- 2003. - Vol. 27(5). - P. 637-652.
15. Marchal F, Schweitzer C, Demoulin B. et al. Filtering artefacts in measurements of forced oscillation respiratory impedance in young children// Physiol. Meas. - 2004. -Vol. 25(5). - P. 1153-1166.
16. Ozyener F, Rossiter H.B., Ward S.A., Whipp B.J. Negative accumulated oxygen deficit during heavy and very heavy intensity cycle ergometry in humans// Eur. J. Appl. Physiol. - 2003. - Vol. 90(1-2). - P. 185-190.
17. Rossiter H.B., Kowalchuk JM, Whipp BJ. A test to establish maximum O2 uptake despite no plateau in the O2 uptake response to ramp incremental exercise// J. Appl. Physiol. - 2006. - Vol.100(3). - P. 764-770.
18. Stringer W.W., Whipp B.J, Wasserman K. et al. Nonlinear cardiac output dynamics during ramp-incremental cycle ergometry// Eur. J. Appl. Physiol. - 2005. - Vol. 93 (5-6). - P. 634-639.
19. Whipp B.J. Physiological mechanisms dissociating pulmonary CO2 and O2 exchange dynamics during exercise in humans// Exp. Physiol. - 2007. - Vol. 92(2). -Р. 347-355.
20. Whipp B.J, Ward S.A., Rossiter H.B. Pulmonary O2 uptake during exercise: conflating muscular and cardiovascular responses.// Med. Sci Sports Exerc. - 2005. -Vol. 37(9). - P. 1574-1585.
Поступила 18.09.08.
THE REACTION OF THE CARDIO-RESPIRATORY SYSTEM OF FIRST-YEAR PUPILS ON DIFFERENT STUDYING LOADS THROUGHOUT THE SCHOOL YEAR
M.M. Zayneev, F.G. Sitdikov, N.I. Ziyatdinova, T.L. Zefirov
Summary
The process of adapting the cardio-respiratory system to the studying load in boys and girls of the first year of school differs considerably. In boys the local static load causes unfavorable shifts in the indices of external respiration. In girls weariness of the organism manifests by unfavorable reactions of both - indices of the cardiovascular system and of the system of external respiration in response to dynamic and static loads.
