ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 1, с. 106-112
УДК 612.216.2:612.22:612.24:612.225
ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ЖИТЕЛЕЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ ГОДА
© 2014 г. Г. С. Шишкин, Н. В. Устюжанинова, В. В. Гультяева
ФГБУ НИИ физиологии СО РАМН, Новосибирск Поступила в редакцию 13.04.2012 г.
У здоровых молодых мужчин, проживающих в Западной Сибири, изучены показатели внешнего дыхания, проанализированы их корреляционные связи и определена функциональная организация системы внешнего дыхания в летнее и зимнее время года. Установлено, что имеются разные программы регулирования ее функции в зависимости от температуры вдыхаемого воздуха. Показано, что в летнее время года изменения кислородного запроса организма обеспечиваются изменением объема легочной вентиляции ("вентиляционная" или "летняя" программа). В зимнее время года, когда обеспечение уровня энергетических процессов в организме вступает в противоречие с поддержанием температурного гомеостаза в респираторных отделах легких, ограничивается легочная вентиляция и уменьшается количество функционирующих ацинусов. При этом компенсаторно увеличивается диффузионная способность легких ("диффузионная" или "зимняя" программа), т.е. зимой происходит оптимизация аппарата внешнего дыхания.
Ключевые слова: система внешнего дыхания, сезонные изменения, функциональная организация.
Б01: 10.7868/80131164614010159
Известно, что в системе внешнего дыхания в течение года происходят закономерные изменения, связанные с сезонной динамикой климатических факторов. Имеется в виду нормальный цикл у людей, проживающих в умеренном климате Евразии. Многие авторы отмечали сезонные изменения интенсивности энергетических процессов в организме и объема легочной вентиляции [1—5]. Установлено, что зимой повышается сопротивление воздухоносных путей [6, 7]. Имеются данные об увеличении воздухонаполненно-сти легких [6, 8]. Известно также, что направленность и степень выраженности функциональных изменений зависит от суровости климата в месте проживания человека. Так, по данным М.П. Ро-щевского и соавт. [9], зимнее увеличение энергообмена обеспечивается двумя путями: у жителей умеренных широт — повышением эффективности дыхания, а у жителей северных регионов — увеличением объема вентиляции. В то же время, до сих пор не выяснены функциональные основы сезонных изменений. Не известно, что происходит с регуляцией системы внешнего дыхания, как изменяется ее программа.
В настоящей работе была поставлена задача: определить функциональную организацию системы внешнего дыхания у здоровых жителей За-
падной Сибири в летнее время года и ее изменение в зимний период.
МЕТОДИКА
Одним из основных климатических факторов средних широт Западной Сибири является большая температурная изменчивость. Климат Новосибирской области континентальный с резкими изменениями температуры не только в течение года, но и в течение месяца и суток. Он более суровый, чем в районах Европы и Америки, находящихся на той же географической широте. Средняя температура января составляет —18°С, июля — +20°С. Среднегодовая температура воздуха — 0.2°С. Зима суровая и продолжительная, снежный покров держится 150—180 дней. Лето жаркое, сравнительно короткое (90—100 дней).
Исследование состояло из двух частей. В первой части показатели внешнего дыхания были изучены у 30 мужчин в возрасте 21—33 лет, постоянно проживающих в г. Новосибирске. Все они регулярно проходили медицинскую комиссию и были здоровы. Средний рост обследованных составлял 174.4 ± 4.5 см, масса тела — 70.5 ± 5.7 кг. Они постоянно тренировались, и их физическая активность весь год поддерживалась на одном уровне. Обследование проводили летом в июне
при среднемесячной температуре (СМТ) воздуха, равной 20°С, и зимой в декабре (СМТ = —18°С). Пребывание на холоде в зимнее время года составляло от 1 до 1.5 часов в сутки у каждого и не было связано с выполнением тяжелых физических нагрузок.
Спирографию и определение легочных объемов проводили стандартным способом. Использовали оксиспирограф СГ-1М в комплексе с газоанализатором из комплекта ПООЛ-1, позволяющим вместе с записью оксиспирограммы определять гелиевым методом функциональную остаточную емкость. После 20 минут пребывания в условиях относительного покоя регистрировали потребление кислорода (ПО2), показатели вентиляции и газообмена (минутный объем дыхания — МОД; частоту дыхания — ЧД; дыхательный объем — ДО; коэффициент использования кислорода — КИО2), статические легочные объемы (жизненную емкость легких — ЖЕЛ; емкость вдоха — Евд; резервный объем выдоха — РОвыд; остаточный объем легких — ООЛ; функциональную остаточную емкость — ФОЕ). Все показатели, за исключением КИО2, нормировали, т.е. выражали в % к должным значениям для мужчин соответствующего возраста, роста и массы тела. У части обследованных определяли парциальное давление кислорода и двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе (РЕО2 и РЕСО2) и альвеолярном газе (РАО2 и РАСО2), используя спирометаболическую установку фирмы "Beckman". На основе этих показателей рассчитывали функциональное мертвое пространство (ФМП), минутную вентиляцию мертвого пространства (МВМП), минутную альвеолярную вентиляцию (МАВ) и выделение двуокиси углерода. С помощью пневмотахометра определяли среднее бронхиальное сопротивление (Raw). Подробно методы исследования изложены в предыдущих работах [10, 11].
Во второй части работы из 30 обследованных были отобраны 16 человек, у которых значения всех исследованных показателей не выходили за пределы достоверной нормы, т.е. М± а. Диапазон достоверной нормы для жителей Западной Сибири был определен нами ранее [10]. У этих мужчин были проанализированы корреляции исследованных показателей и функциональная организация системы внешнего дыхания. Для исключения зависимостей, связанных с влиянием массы тела или роста, рассматривали корреляции только нормированных показателей, за исключением КИО2. Оценку тесноты связи проводили по коэффициенту корреляции (r). Значения r меньше |±0.16| (по модулю) округляли до 0. В тексте статьи приводятся только достоверные связи и достоверные различия связей (р < 0.05—0.01). При статистическом анализе динамики количественных показателей использовали парный ¿-критерий Стъюдента. Достоверность результатов оце-
нивали по уровню значимости р < 0.02. Исследование проведено без риска для здоровья людей с соблюдением всех принципов гуманности и этических норм (Хельсинкская декларация, 2000 г., Директивы Европейского сообщества 86/609) и одобрено Комитетом по биомедицинской этике НИИ физиологии СО РАМН.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Значения показателей внешнего дыхания в летнее и зимнее время года представлены в табл. 1. Весьма стабильными у здоровых мужчин являются показатели, характеризующие анатомическое развитие аппарата внешнего дыхания и силу дыхательных мышц. Среднестатистические значения жизненной емкости легких и емкости вдоха летом и зимой не выходят за пределы ошибки измерения. Достаточно постоянным у здоровых сибиряков является и потребление кислорода. Фактически не меняется и частота дыхания.
К изменяемым показателям в первую очередь относятся минутный объем дыхания и коэффициент использования кислорода, характеризующие процессы вентиляции и газообмена. У МОД максимум отмечается летом, а зимой вентиляция уменьшается на 10% (p < 0.02). Максимальных значений КИО2, наоборот, достигает зимой, а летом этот показатель уменьшается до минимума. Амплитуда его изменений составляет 19% (p < 0.02).
Максимальные различия зимой и летом отмечаются у остаточного объема легких и у отношения резервного объема выдоха к остаточному объему легких (РОвыд/ООЛ), по которому можно судить о воздушности респираторной ткани. Первый достоверно уменьшается. Разница составляет 10% (р < 0.02). Это уменьшение происходит при сохранении стабильности распределения показателя, что указывает на высокую однородность реакции у всех обследованных. По сравнению с ООЛ, отношение РОвыд/ООЛ показывает зеркальную динамику с максимумом зимой при амплитуде 25% (р < 0.02). Достоверно, хотя и с меньшей амплитудой, изменяется и ФОЕ, в которую ООЛ входит одной из составляющих (—8%; р < 0.02). Уменьшается зимой и объем форсированного выдоха за одну секунду, отражая ухудшение бронхиальной проходимости (БП).
Бронхиальное сопротивление в зимнее время года достоверно повышается в среднем на 8%. Интересные результаты получаются при анализе его вариационных рядов. В летний период распределение симметричное и по статистическим параметрам не отличается от нормального. В зимний период оно смещается в сторону больших значений показателя, но не равномерно. У 33% обследованных значения Raw выходят за пределы
Таблица 1. Показатели внешнего дыхания у здоровых мужчин в летнее и зимнее время года
Значения показателей в % к должным (М ± т)
Лето Зима Изменение в %
ПО2 90 ± 2.7 95 ± 2.5 -
МОД 96 ± 3.9 86 ± 3.0* -10
КИО2 ▼ 38.1 ± 1.0 45.6 ± 1.7* + 19
ЧД 100 ± 3.7 96 ± 4.8 -
ДО 97 ± 3.3 94 ± 4.3 -
ЖЕЛ 104 ± 2.5 104 ± 2.5 -
Е Евд 102 ± 2.5 99 ± 2.7 -
РО выд 110 ± 5.1 114 ± 5.0 -
ООЛ 109 ± 4.0 89 ± 4.2* -10
ФОЕ 110 ± 2.9 102 ± 3.5* -8
РОвыд/ООЛТ 1.06 ± 0.07 1.33 ± 0.08* +25
ОФВ1 100 ± 2.8 94 ± 3.0* -6
Каш, см вод. ст. л-1 сТ 2.6 ± 0.09 2.8 ± 0.11* +8
Примечание. Т — показатели не нормированы. * — различия с показателями в летний сезон достоверны (р < 0.02). Расшифровку аббревиатур здесь и в табл. 2 см. в разделе "Методика"
достоверной нормы, а у 7% сезонные изменения вообще не обнаруживаются. Это приводит к деформации вариационного ряда, в результате чего среднее значение выборки отстает от ее моды. Таким образом, сезонные изменения бронхиальной проходимости у большинства мужчин фактически еще больше, чем это регистрируется по средним значениям.
В течение года изменяются не только значения показателей, но и характер связей между ними (табл. 2). В летнее время обнаруживается достоверная тесная связь между ПО2 и МОД, а зимой она становится недостоверной. Аналогичная, но более слабая связь имеется между ПО2 и ДО, которая воо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.