Патофизиологический анализ влияния факторов риска образовательной среды на функциональное состояние организма учащихся: донозологическое исследование - Автореферат

С другой стороны, преимущественное применение статистических и санитарно-гигиенических способов оценки влияния образовательной среды на здоровье учащихся лишь констатирует постоянное ухудшение показателей здоровья, что подтверждают данные Союза педиатров России (А.А. В целом, провести селективную и точную оценку характера влияний образовательной среды на функциональное состояние организма учащихся в контексте комплексного влияния природно-климатических, экологических и социально-экономических факторов среды, использование санитарно-гигиенических методов, основанных на данных медицинской статистики и нозологическом мониторинге, не позволяет. Для решения такой сложной задачи, как оценка изменения уровня здоровья учащихся внутри диапазона "здоровье", т.е. процессов, происходящих в организме большей части детей и подростков в условиях систематического обучения, оценки функциональной направленности происходящих изменений, необходим комплексный подход, предусматривающий динамический контроль за изменением большого числа показателей функциональной активности основных систем организма, а также изучение изменений его адаптивных возможностей, вызываемых потенциально патогенным влиянием факторов образовательной среды. Для анализа функциональной направленности физиологических сдвигов, вызываемых в организме учащихся влиянием образовательной среды, использованы принципы и методология донозологического полисистемного мониторинга: одновременная комплексная регистрация состояния нескольких систем организма, изучение как одномоментных, так и динамических показателей, установление связей между влиянием средовых и образовательных факторов с изменением показателей функционального состояния организма учащихся. Анализ динамики изменения состояния сердечнососудистой системы в течение учебного года выявил, что признаками адаптации организма учащихся к комплексному влиянию факторов образовательной среды, в условиях тестирования в функциональной пробе с увеличением "мертвого" дыхательного пространства, является усиление активности высших надсегментарных звеньев вегетативной регуляции, отражающих влияние гуморально-метаболических факторов и психоэмоционального состояния.

По теме диссертации автором опубликовано 43 научные работы, в том числе 14 статей в ведущих рецензируемых журналах.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 8 глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 293 страницах, проиллюстрированы 89 рисунками и 13 таблицами. Список литературы включает 392 источника, из них 219 - отечественных авторов, 173 - зарубежных.

Методика исследования

1. Группы испытуемых

Работа основана на результатах мониторинга функционального состояния организма учащихся различных школ г. Москвы и других регионов РФ: - школа № 315 г. Москвы (2004 г., 130 чел.);

- школа № 548 г. Москвы (2002-2004 гг., 320 чел.);

- школа № 735 г. Москвы (2002-2006 гг., 160 чел.);

- школа № 1060 г. Москвы (2003 г., 230 чел.);

- школа № 1357 г. Москвы (2002-2008 гг., 630 чел.);

- школа № 1953 г. Москвы (2003-2007 гг., 80 чел.);

- школы № 1, № 5 и № 9 г. Пушкино Московской области, № 1 п. Заветы Ильича Пушкинского района (2004 г., 150 чел.);

- школа п. Нагово Новгородской области (2004 г., 30 чел.);

- школы № 6 и № 9 г. Майкоп, № 3 п. Джерокай Республики Адыгея (2006 г., 120 чел).

Всего обследовано 1850 детей и подростков. Число обследований в каждой школе было от 1 до 10, общее количество обследований составило 9250.

В работе использованы также данные, полученные на 173 взрослых испытуемых: - при отработке в качестве функциональной пробы тестирования в спирометрической маске (с увеличением "мертвого" дыхательного пространства) методом спироартериокардиоритмографии использованы результаты обследования 58 взрослых (мужчин и женщин, учителей - слушателей курсов повышения квалификации, средний возраст 42.2 ± 1.2 года);

- при сравнительном анализе информативности различных функциональных проб для оценки состояния сердечнососудистой системы здоровых испытуемых в модели умственной деятельности, модели физической активности и холодовой пробе использованы данные 40 испытуемых,20 мужчин и 20 женщин (в основном сотрудники НИИ ОПП и НИИ фармакологии РАМН, средний возраст 38.8±2.2 лет). Тестирование в спирометрической маске с произвольным дыханием проведено на 44 испытуемых, 22 мужчинах и 22 женщинах, средний возраст 38.4±1.3 лет, из них 9 женщин и 17 мужчин входили в выборку предыдущих проб. Проба с контролируемым дыханием с частотой 6 дыхательных циклов в 1 мин выполнена на 57 здоровых испытуемых, 51 мужчине и 6 женщинах (в основном военнослужащие разных специальностей), средний возраст 31.8±1.0 год, предыдущие пробы данная группа испытуемых не выполняла.

2. Общая оценка уровня здоровья и психофизиологического статуса испытуемых

В работе все обследования, включенные в статистическую обработку, проведены на здоровых людях. Во взрослых коллективах определение уровня здоровья проходило в виде предварительной беседы, а также по результатам регистрации показателей сердечнососудистой и дыхательной систем. Испытуемых с нарушениями сердечного ритма, выраженными изменениями сердечного комплекса и заболеваниями дыхательной системы в анализ не брали. В детских коллективах основой определения уровня здоровья было предварительное изучение медицинских карт, в статистическую обработку брали результаты детей 1-й и 2-й групп здоровья, без патологии дыхательной и сердечнососудистой систем, и без клинически выявленных нарушений психофизиологического статуса.

Для оценки психоэмоционального состояния взрослых испытуемых проведено тестирование по шкале тревожности Спилбергера (русифицированная версия Ханина) и опроснику САН ("самочувствие-активность-настроение", по Гончарову) (Практическая психодиагностика, 2006). Тестирование проводили дважды, непосредственно до обследования на приборных комплексах, и сразу после него.

3. Метод спироартериокардиоритмографии

Прибор "спироартериокардиоритмограф" (САКР) разработан и изготавливается в г. Санкт-Петербург (В.В. Пивоваров, 2006). САКР разрешен к применению Комитетом по новой медицинской технике Министерства здравоохранения РФ (регистрационное удостоверение № 29/03020703/5869-04 от 29 января 2004 г.), методические указания к работе на приборе утверждены и рекомендованы к применению Департаментом ГСЭН МЗ РФ (Сборник нормативно-методических документов, 2002).

Прибор САКР (Рис.1) проводит одновременную регистрацию показателей дыхания, артериального давления в пальцевой артерии по методу Пеназа (ПАД) и электрокардиограммы в I-м стандартном отведении, оценивает частоту сердечных сокращений (ЧСС), величину минимального, максимального и среднего межсистолического интервала (R-R интервала), а также ударный объем сердца (УО) и минутный объем кровообращения, рассчитываемые на основе фазового анализа сердечного цикла и показателей АД.

Рис.1. Вид испытуемого при обследовании на приборе САКР. донозологический здоровье учащийся патофизиологический

Из показателей дыхания САКР оценивает скорость воздушного потока (с расчетом объемных показателей). Измерение максимальных показателей дыхательной системы (жизненная емкость легких, индекс Тиффно) проводят отдельным тестом.

Из показателей ПАД на основании непрерывной записи проводится расчет средних значений систолического и диастолического ПАД (ПАДС и ПАДД), а также показателей вариабельности ПАДС и ПАДД.

Показателями работы сердца в приборе САКР служат амплитудно-временные параметры сердечного комплекса (с расчетом усредненных значений за период регистрации) и показатели вариабельности сердечного ритма (СР).

Непрерывная регистрация показателей в течение 75-300 с дает возможность анализировать спектральные (по алгоритму параметрической оценки спектральной плотности мощности), геометрические и статистические показатели вариабельности СР, и, одновременно, спектральные показатели вариабельности ПАДС и ПАДД. Общая мощность спектров рассчитывается в диапазоне 0-0.4 Гц, границы отдельных диапазонов спектров совпадают с рекомендуемыми: диапазон высоких частот (HF) 0.15-0.4 Гц, диапазон низких частот (LF) 0.04-0.15 Гц, диапазон очень низких частот (VLF) 0-0.04 Гц (Heart rate variability, 1996; Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, 2001).

На основании спектральных показателей вариабельности СР рассчитываются индексы вегетативного баланса (ВБ) и централизации (ИЦ): ВБ = LF/HF;

ИЦ = (VLF LF) /HF.

Одновременная регистрация вариабельности СР и ПАД на приборе САКР дает возможность оценить величину чувствительности спонтанного артериального барорефлекса (ЧБР). Обычно для этой процедуры рекомендуют проводить регистрацию с дыханием 0.1 Гц (6 дыхательных циклов в 1 мин) (L. C. Davies et al., 2002), однако технические возможности САКРА позволяют проводить данные измерения при произвольном дыхании, в моменты когерентности изменений ПАД и СР (G. Parati, 2005). Кроме того, для оценки ЧБР в нашей работе использован альфа-индекс, который рассчитывается на основе спектральных показателей вариабельности СР и ПАДС (квадратный корень из отношения абсолютных мощностей диапазонов LF спектров вариабельности СР и ПАДС).

В приборе САКР предусмотрена также запись результатов тестирования в конвертированных текстовых файлах, совместимых со стандартными программами Microsoft Office и стандартными пакетами статистических программ, что значительно расширяет возможности обработки результатов. В частности, стресс-индекс (ИН), а также другие т. н. показатели Баевского (ИВР, ПАПР, ВПР) рассчитываются отдельной программой по геометрическим показателям вариабельности СР (мода, амплитуда моды, размах колебаний и др.) (А.П. Кулаичев, 2002).

В нашей работе все обследования проведены в состоянии сидя. В этих условиях для корректного измерения ПАД проведена дополнительная оценка показателей состояния сердечнососудистой системы при помощи автоматического измерителя артериального давления (тонометра) фирмы "A@D Medical", Япония, модель UA-777. Такой подход позволяет соотносить показания ПАД, полученные на САКРЕ, со значениями плечевого АДС и АДД, получаемые аускультативным методом и вносить соответствующие изменения в методику обследования (корректировать положение датчика ПАД относительно уровня сердца для получения истинных значений АД).

Длительность тестирования в нашей работе составляла, как правило, 2 мин. Согласно рекомендациям Европейского общества кардиологов и Северо-Американского общества по кардиостимуляции и электрофизиологии (Heart rate variability, 1996), для анализа мощности всех диапазонов спектра вариабельности СР (HF, LF и VLF), длительность записи не может быть менее 5 мин. При более коротких записях, на основании требований математического аппарата быстрого преобразования Фурье, теряется надежность оценки диапазона VLF, хотя, по мнению Р.М. Баевского, при этом не теряется его информативность, а для надежной оценки диапазонов LF и HF достаточно длительности записи от 66 с (Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, 2001; А.Р. Галеев и др., 2002).

4. Оценка функционального состояния сердечнососудистой системы здоровых испытуемых при помощи функциональных проб

В работе использованы следующие функциональные пробы: - Модель умственной деятельности - счет по Крепелину в модификации Н.И. Курочкина - с чередованием (С.Я. Рубинштейн, 2007). Каждому испытуемому предлагали складывать и вычитать в уме ряд из 25 пар двузначных равномерно случайно распределенных чисел, записанных столбцом. Время работы с каждым рядом было ограничено и составляло 80 с, число рядов - 5.

- Модель физической деятельности - 20 приседаний в максимально возможном темпе, но без учета времени.

- Холодовая проба - на 1 мин испытуемому предлагали опустить кисти рук в воду t = 4°C.

- Тестирование в спирометрической маске, с произвольным дыханием, контроль - тестирование без маски.

- Контролируемое дыхание с частотой 6 дыхательных циклов в 1 мин, контроль - тестирование в режиме с произвольным дыханием (обе регистрации проводятся в спирометрической маске).

При анализе ответной реакции организма на функциональную пробу принимали, что критерием наличия динамики является изменение анализируемого показателя более чем на 15 % от исходного уровня, со знаком " - " в сторону уменьшения и со знаком " " в сторону возрастания. Изменение показателя менее чем на 15 % в любую сторону считали результатом погрешности измерения (прибора) и погрешности метода (физиологической вариабельности показателя), и присваивали значение " 0". Определение критерия наличия динамики основано как на учете псевдостационарности СР (Н.Б. Хаспекова, 2003), так и на результатах оценки разными методами АД (Н.А. Волов и др., 2003).

У взрослых в тестах с умственной и физической нагрузкой, а также в холодовой пробе до выполнения функциональной пробы проводили измерения тонометром и регистрацию на САКРЕ (в течение 2 мин), сразу же после выполнения пробы измерения повторяли (временной интервал от завершения выполнения пробы до начала тестирования на САКРЕ не превышал 1.5-2 мин, от завершения выполнения пробы до завершения тестирования составлял 4-5 мин, что исключает наличие переходных процессов, но обеспечивает регистрацию восстановительного периода). В тестах со спирометрической маской на САКРЕ проводили две последовательные 2-минутные регистрации - контрольную и тестирующую.

При работе с детьми и подростками в большинстве случаев (кроме специально оговоренных) регистрацию показателей сердечнососудистой системы проводили с надетой спирометрической маской, что позволяет оценивать данные условия тестирования как нагрузочную пробу. Для оценки реактивности сердечнососудистой системы детей и подростков использовали только пробу с регистрацией в спирометрической маске, контролем в данном случае служила регистрация без маски (как и у взрослых испытуемых).

5. Оценка психомоторной координированности

Для оценки влияния образовательной среды на функциональное состояния организма учащихся также было выбрано тестирование психомоторной координированности как составной части психомоторной сферы человека. Тестирование проведено на приборе "компьютерный измеритель движения" (КИД) (В.В. Пивоваров, 2006). Данный прибор производится ООО "ИНТОКС", г. Санкт-Петербург. Прибор разрешен к применению Комитетом по новой медицинской технике Министерства здравоохранения РФ (регистрационное удостоверение № 29/03041202/5085-03 от 11 апреля 2003 г.). Обследование на КИДЕ проводится согласно методическим указаниям, утвержденным и рекомендованным к применению Департаментом ГСЭН МЗ РФ (Сборник нормативно-методических документов, 2002.).

Прибор КИД (Рис.2) представляет собой платформу 40 I 60 см. На одном конце платформы на вертикальной оси закреплен рычаг, на другом конце - приподнятая дуга с двумя парами светодиодов-маркеров. Свободный конец рычага поворачивается в горизонтальной плоскости вдоль дуги. На конце рычага находится курсор, вершина которого располагается на уровне светодиодов. Угловое расстояние между внешней парой светодиодов составляет 50°, между внутренней - 25°. Во время тестирования испытуемый кладет свой локоть на закрепленный конец рычага, и работает рукой только в локтевом суставе, перемещая свободный конец рычага с курсором.

Рис.2. Вид испытуемого при работе на приборе КИД.

Задание состоит из 2 тестов. В 1-м тесте испытуемому предлагают двигать рычаг между двумя светящимися светодиодами с максимальной скоростью и с максимальной точностью. При этом сначала светится крайняя пара светодиодов, затем средняя, затем опять крайняя пара. Время выполнения теста составляет 30 с, тест выполняется обеими руками по очереди. В данном тесте измеряют следующие параметры: - длительность цикла движения, определяется как среднее время перемещения рычага в секундах от одного светодиода к другому и обратно;

- время изменения двигательного стереотипа, определяется как число двигательных циклов, необходимое для достижения требуемой точности движения в новом амплитудном режиме;

- ошибка сенсорной коррекции флексоров и экстензоров, рассчитывается как средняя величина отклонений амплитуды движений от границ требуемого диапазона, в % к общей амплитуде перемещений рычага во время теста;

- плавность движения, оценивается на основе соотношения гармоник спектра Фурье как доля основной гармоники в %;

- моторная асимметрия, рассчитывается на основании сравнения результатов выполнения тестов обеими руками.

Соответственно, оцениваются следующие показатели психомоторной координированности: психомоторная координация (величина, обратно-пропорциональная длительности цикла движения), внимание (величина, обратно-пропорциональная времени изменения двигательного стереотипа), точность движения (величина, обратно-пропорциональная ошибке сенсорной коррекции мышечных групп), плавность движения и моторная асимметрия.

Во 2-м тесте измеряется латентный период сенсомоторной реакции испытуемого на световой и звуковой стимулы. В ответ на предъявляемый стимул испытуемый должен совершить максимально быстрое смещение рычага примерно до середины дугообразного периметра (точность попадания в данном тесте не учитывается) и вернуть курсор в исходное положение. Тест выполняется также обеими руками по очереди, для каждой руки предъявляют по 10 стимулов каждой модальности, длительность стимула 0.4 с, интервал между стимулами изменяется в случайном режиме от 2 до 4 с. Длительность теста для каждой руки и для каждой модальности стимулов составляет 30 с. Соответственно, оценивается сенсомоторная реактивность как величина, обратно-пропорциональная величине латентного периода реакции на стимул.

6. Статистическая обработка данных

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета статистических программ STATISTICA 6.0.

При однократном обследовании статистический анализ межгрупповых различий проводили при помощи однофакторного дисперсионного анализа (One way ANOVA) с последующим сравнением средних по критерию Фишера. Изменения тестируемых показателей при выполнении функциональной пробы анализировали при помощи дисперсионного анализа для повторных измерений (Repeated measures ANOVA). Межгрупповые различия в изменении показателей при выполнении функциональной пробы также оценивали при помощи дисперсионного анализа для повторных измерений, с последующим сравнением средних по критерию Фишера (Repeated measures ANOVA). Множественные сравнения проводили на основе алгоритма динамического дискриминантного анализа.

Коэффициенты непараметрической корреляции между разными показателями рассчитывали по критерию Спирмена, коэффициенты параметрической корреляции рассчитывали по критерию Пирсона.

Частотные показатели сравнивали по алгоритму точного метода Фишера по двустороннему критерию c2.

Результаты исследований и их обсуждение

1. Физиологическое обоснование использования функциональной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства для оценки состояния сердечнососудистой системы взрослых испытуемых и детей

Одновременная регистрация СР, АД и показателей спокойного дыхания предусмотрена во многих современных медицинских приборах, включая реанимационные и клинические прикроватные мониторы. Особенностью прибора САКР, на котором проведено исследование, является наличие встроенного программного обеспечения, позволяющего одновременно оценивать спектральные показатели вариабельности СР, ПАДС и ПАДД, а также проводить последующую статистическую обработку данных из конвертированных файлов. Сравнение САКРА с приборами аналогичной идеологии (Finometer Pro фирмы "Finapres", Нидерланды, и Поли-Спектр-12 фирмы "Нейрософт", РФ), показало, что САКР обладает техническими и методическими возможностями, сопоставимыми с таковыми распространенных зарубежных и отечественных аналогов, однако превосходит их по потенциалу обработки результатов.

Технической особенностью САКРА является использование ультразвукового метода определения скорости воздушного потока, при котором датчики расположены продольно на трубке, прикрепленной к спирометрической маске и не испытывают фронтального давления воздушного потока (Рис.1). Диаметр трубки обеспечивает свободное дыхание, хотя увеличивает "мертвое" дыхательное пространство примерно вдвое (объем трубки 275 мл). По нашим данным, у большинства взрослых испытуемых явная реакция на тестирование в маске отсутствует, хотя наблюдается некоторый дрейф ЧСС в сторону возрастания (Рис.3). В уровне реактивной тревожности за время тестирования наблюдается тенденция (p = 0.063) к снижению, а психологическая оценка по шкале САН не изменяется.

Рис. 3. Совмещенные ритмограммы дыхания и ЧСС при выполнении тестирования на САКРЕ с надетой спирометрической маской: пример наиболее типичной регистрации взрослого испытуемого.

Часть испытуемых по окончании тестирования сообщали о затруднениях дыхания ("не хватает воздуха"), однако количественную оценку глубины и частоты дыхания на данном приборе можно проводить только при надетой маске, что не позволяет сравнить показатели дыхания при выполнении обоих вариантов регистрации. Сопоставление наших условий обследования с аналогичными экспериментами на людях (A. Trzebski et al., 1995; V. L. Cooper et al., 2005) и животных (F. Yasuma, J. - I. Hayano, 2000, 2001; N. Sasano et al., 2002) позволяет считать, что тестирование в спирометрической маске вызывает легкую смешанную гипоксию и гиперкапнию. Это приводит как к активации дыхательного центра (увеличение глубины и/или частоты дыхания) с одновременным усилением активности парасимпатического звена регуляции сердечнососудистой системы, так и к активации симпатических влияний.

Полученные нами результаты показали, что, при сравнении результатов тестирования в спирометрической маске с тестированием без маски, по усредненным данным, у взрослых испытуемых не выявляется изменений ЧСС, УО, уровня ПАДС и ПАДД, а также альфа-индекса (Рис.4, А, Б). Однако в спектре вариабельности СР происходят статистически значимые перестройки. При неизменном уровне суммарной мощности спектра отмечено снижение относительной мощности LF и возрастание относительной мощности HF (Рис.4, В, Г.). Соответственно, происходит значимое снижение индексов, рассчитываемых по спектральным показателям - ВБ и ИЦ. В спектре вариабельности ПАДС при неизменном уровне общей мощности спектра отмечено возрастание относительной мощности диапазона HF, а в спектре вариабельности ПАДД выявляется возрастание общей мощности спектра, а также возрастание относительной мощности диапазонов HF и LF и снижение относительной мощности VLF. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что описанные изменения показателей сердечнососудистой системы регистрируются у большинства взрослых испытуемых (70-80 %), при отсутствии различий между мужчинами и женщинами.

У учащихся начальной школы (7-10 лет) также обнаружена реакция на надевание маски, но в несколько иной форме. В этой группе испытуемых выявлена тенденция к возрастанию ЧСС (Рис.4, А). Показатели сердечной производительности и альфа-индекс у детей, как и во взрослой группе, не менялись. И, в отличие от взрослых, у детей не выявлено значимых перестроек спектра вариабельности СР. Соответственно, у детей не изменилось расчетное значение ВБ, а изменение ИЦ было меньше, чем в группе взрослых испытуемых.

Отличительной особенностью реакции детей на надевание маски можно считать снижение уровня ПАДС, незначительное по абсолютным значениям (ниже принятого в данной работе порога наличия реакции на пробу), но статистически значимое (Рис.4, Б). При этом в спектре вариабельности ПАДС отмечено возрастание относительной спектральной мощности диапазона LF, отсутствующее у взрослых испытуемых. Изменения относительной спектральной мощности в других диапазонах спектра вариабельности ПАДС, как и спектра вариабельности ПАДД, у детей и взрослых не различались. Следует отметить, что доля детей с выраженной реакцией на надевание маски (по относительным спектральным показателям вариабельности ПАДС) достигает 60 %, а доля детей без реакции не превышает 20 %, при отсутствии половых особенностей. Это свидетельствует о том, что тестирование учащихся начальной школы в маске также является функциональной пробой, небезразличной для их организма, как и в группе взрослых испытуемых.

Рис.4. Изменение (в %) показателей сердечнососудистой системы при регистрации в маске по сравнению с регистрацией без маски. А - ЧСС, Б - ПАДС, В - относительной мощности диапазона низких частот (LF) спектра вариабельности СР, Г - относительной мощности диапазона высоких частот (HF) спектра вариабельности СР. Темные столбики - взрослые испытуемые, светлые - учащиеся начальной школы Статистическая значимость изменения показателя при тестировании в маске по сравнению с тестированием без маски: # - p < 0.05. Статистическая значимость межгрупповых различий: * - p < 0.07, ** - p < 0.05.

Обнаружено, что снижение ПАДС у детей находится в корреляционной связи с возрастанием в спектре вариабельности ПАДС относительной мощности как диапазона LF (r = 0.410, p < 0.05), так и HF (r = 0.480, p < 0.05), а также с исходным уровнем этих показателей (r = - 0.270, p < 0.05 и r = - 0.317, p < 0.05 соответственно). Эти данные предполагают зависимость изменения показателей АД у детей от общего уровня вегетативной активности, но не вегетативного статуса.

В большинстве экспериментальных работ по оценке реактивности показателей сердечнососудистой системы в функциональных пробах принято проводить разделение испытуемых на подгруппы в соответствии с их исходным вегетативным статусом. Учитывая, что подавляющее большинство школьников в возрасте до 15-16 лет являются симпатикотониками (А.Р. Галеев и др., 2002; М.В. Шайхелисламова, 2007), в нашей работе проведен расчет коэффициентов параметрической корреляции между исходной величиной LF спектра вариабельности СР, характеризующей уровень симпатической активности (Heart rate variability, 1996; Р.М. Баевский и др., 1984) и степенью изменения различных параметров сердечнососудистой системы. Обнаружено, что у взрослых испытуемых наблюдается связь исходной величины LF со степенью изменения этого показателя (r = - 0.378, p < 0.05) и ЧСС (r = - 0.298, p < 0.05). У детей отмечена корреляция данного показателя со степенью изменения относительной мощности диапазонов LF (r = - 0.325, p < 0.05) и HF спектра вариабельности СР (r = 0.299, p < 0.05), а также расчетного индекса ВБ (r = - 0.321, p < 0.05). Изменения остальных показателей сердечнососудистой системы, регистрируемых при проведении нашей функциональной пробы (включая АД), у испытуемых из обеих возрастных групп не определялись исходным вегетативным статусом (при его оценке по показателям вариабельности СР).

Оценка эффективности тестирования состояния сердечнососудистой системы взрослых и детей в условиях надетой спирометрической маски в качестве нагрузочной функциональной пробы предполагает сравнение с другими функциональными пробами. Постановка задачи по оценке влияния образовательной среды на функциональное состояние организма учащихся ограничивает диапазон выбора функциональных проб теми, которые используются для работы со здоровыми людьми. Данная часть работы проведена с привлечением взрослых испытуемых. В сравнительный анализ информативности результатов взяты модель умственной деятельности, модель физической (немаксимальной) деятельности, холодовая проба, тестирование в спирометрической маске с произвольным дыханием и в режиме контролируемого дыхания с частотой 6 дыхательных циклов в 1 мин. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что из проведенных функциональных тестов на базе прибора САКР, по-видимому, наиболее универсальной является проба с тестированием в спирометрической маске с произвольным дыханием (увеличением "мертвого" дыхательного пространства). Эта проба проста в исполнении, может применяться как ко взрослым, так и к детям, не требует совершения испытуемым каких-либо действий, вызывает выраженные изменения показателей сердечнососудистой системы, поддающиеся непротиворечивой интерпретации. Выявленная в данной серии экспериментов разнонаправленность изменений показателей у разных испытуемых дает также возможность оценивать индивидуальные особенности их организма.

2. Онтогенетические особенности реакции сердечнососудистой системы на тестирование в спирометрической маске

Известно, что функциональное созревание симпатической регуляции сердечнососудистой системы продолжается до 15 лет, а в возрасте 8-11 лет в ней происходят качественные изменения, которые находят свое отражение в перестройке спектральных показателей вариабельности СР (О.Ю. Чиркова и др., 1999; А.Р. Галеев и др., 2002). Наши эксперименты не только подтверждают эти данные, но и дополняют их фактами незрелой реакции регуляторных систем организма учащихся на нагрузочную пробу, близкую к "бытовым" нагрузкам. Использованная нами функциональная проба имитирует условия, возникающие в общественном транспорте, или в закрытом помещении при длительном нахождении в нем большого количества людей, как это обычно происходит в школе.

Сравнительное изучение показателей сердечнососудистой системы у детей и подростков 6-17 лет, учащихся различных школ г. Москвы, выявило, что при тестировании без спирометрической маски такие показатели сердечнососудистой системы, как ЧСС, УО, ВБ, ИЦ и стресс-индекс, достигают уровня взрослых испытуемых к возрасту 15-16 лет. В возрасте 13-14 лет у подростков наблюдается период функционального напряжения регуляторных систем, что проявляется в снижении альфа-индекса и увеличении стресс-индекса. Уровень ПАД стабилизируется к 21 году, как и спектральные показатели вариабельности ПАД.

Общая мощность спектра вариабельности СР в наших исследованиях мало зависела от возраста, однако отмечено перераспределение относительного вклада в спектр разных частот. Выявлено снижение к 13 годам доли высоких частот диапазона HF, отражающих влияние на СР автономного контура регуляции, опосредуемого, главным образом, активностью парасимпатической нервной системы (Р.М. Баевский и др., 1984). Также к 13 годам показано возрастание доли низких частот LF, отражающих активность симпатического звена вегетативной регуляции и барорефлекторных механизмов (Р.М. Баевский и др., 1984; S. Malpas, 2002). Относительный вклад составляющей VLF, связанных с метаболическими, гуморальными, эмоцио - и психогенными влияниями на СР (Н.Н. Данилова, С.В. Астафьев, 2000; В.А. Машин, М.Н. Машина, 2000; Н.Б. Хаспекова, 2003; T. A. Kuusela et al., 2003; F. Togo et al., 2006; H. M. Stauss, 2007; С.Т. Зубкова, 2008 и др.), увеличивался с более раннего возраста (9-10 лет). Следует обратить внимание на некоторое снижение вариабельности СР и всех его составляющих спектра в возрасте 13-14 лет, что совпадает с периодом достижения уровня взрослых испытуемых по структуре спектра. По принятой в возрастной физиологии периодизации, данный возрастной интервал совпадает с началом подросткового периода (А.А. Маркосян, 1969; И.А. Аршавский, 1982) и одним из периодов индивидуального развития, называемых критическими (М.М. Безруких и др., 2007). Возможно, этот возрастной интервал соответствует тому этапу онтогенетического развития, когда морфологическое формирование сердечнососудистой системы уже близко к завершению, однако функциональное развитие еще недостаточно. Об этом же свидетельствуют результаты спектрального анализа вариабельности ПАДС - возрастание общей мощности спектра у подростков 13-16 лет при опережающем, но транзиторном (в 13-14 лет) возрастании вклада низких частот LF, отражающего уровень симпатической и барорефлекторной регуляции АД (C. Julien et al, 2002; S. Malpas, 2002; T. A. Kuusela et al., 2003; H. M. Stauss, 2007).

Особенностью нашей работы является оценка онтогенетических закономерностей формирования адаптивного ответа организма детей и подростков в новой функциональной пробе - тестировании в спирометрической маске. Как показано в данной серии экспериментов, в таких условиях у взрослых испытуемых в возрасте 22-35 лет основные показатели сердечнососудистой системы (ЧСС, УО, ПАД, альфа-индекс, стресс-индекс) не изменяются, но возрастает общая мощность спектров вариабельности СР и ПАДС, а также происходит увеличение доли высоких частот HF в спектре вариабельности СР (с соответствующим снижением показателей ВБ и ИЦ) и ПАДД. Существенные отличия от показателей взрослых выявлены в самой младшей возрастной группе 6-8 лет (возрастание ЧСС и стресс-индекса, снижение доли VLF в спектре вариабельности СР и, наоборот, возрастание доли VLF в спектре вариабельности ПАДС), в возрасте, когда, по данным других авторов (О.В. Коркушко и др., 1991; А.Р. Галеев и др., 2002; M. S. Silvetti et al., 2001; Z. Lenard et al., 2004), еще не закончено формирование систем вегетативной регуляции СР. В подростковом возрасте основными отличиями от взрослых испытуемых было снижение при выполнении функциональной пробы стресс-индекса и ПАД (Рис.5). При этом наибольшая степень снижения ПАДД наблюдается в 13-14 лет и сопровождается снижением относительной мощности диапазона VLF в спектре вариабельности СР и диапазона LF в спектре вариабельности ПАДС (на фоне меньшей степени возрастания общей мощности данного спектра). Данные факты свидетельствуют о том, при выполнении функциональной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства у подростков данного возраста в большей степени активируются автономные механизмы регуляции сердечнососудистой системы. Изменения функциональной активности симпатической системы (в первую очередь, ее высших отделов), контролирующей СР и ПАД (C. Julien et al, 2002; S. Malpas, 2002; H.M. Stauss, 2007), в этом возрасте еще недостаточны для поддержания АД.

Следующий возрастной период, 15-16 лет, также имеет признаки незавершенности функционального созревания вегетативной регуляции сердечнососудистой системы: снижение в процессе выполнения пробы стресс-индекса, снижение ПАДД, снижение вклада диапазона VLF в спектрах вариабельности ПАДС и ПАДД и возрастание вклада низких частот LF в спектре вариабельности ПАДС. Полученные данные предполагают, что функциональная проба вызывает у подростков активацию симпатического звена вегетативной регуляции, но степень ее активации все еще недостаточна для поддержания уровня АД. Эти результаты не совпадают с оценкой степени зрелости систем регуляции СР, полученными в спокойном состоянии, но согласуются с оценкой динамики становления уровня ПАД.

Рис.5. Изменения (в % по сравнению с тестированием без маски) ПАДС (А) и ПАДД (Б) при выполнении функциональной пробы. Группы испытуемых обозначены внизу цифрами. Статистическая значимость изменения показателя при выполнении функциональной пробы обозначена (#) (p < 0.05 Repeated measures ANONA), статистическая значимость отличий от группы взрослых испытуемых 6 обозначена (*) (p < 0.05 One way ANOVA), отличия от других групп обозначены над/под столбиками соответствующей цифрой.

Таким образом, использование новой функциональной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства при надевании спирометрической маски прибора САКР, позволило показать, что процесс онтогенетического развития вегетативной регуляции сердечнососудистой системы после 6 лет может быть условно разделен на несколько периодов. На первом этапе происходит повышение активности систем вегетативной регуляции СР, сопровождаемое признаками их функционального напряжения (к 13-14 годам). Затем идет становление показателей покоя и функциональное созревание систем регуляции СР (к 15-16 годам). Функциональное созревание системы регуляции ПАД завершается, по нашим данным, к 21 году, однако данный факт нуждается в уточнении.

Полученные в данной главе результаты о возрастной динамике различных показателей сердечнососудистой системы и систем нейровегетативной регуляции, а также их реактивности в функциональной пробе с увеличением "мертвого" дыхательного пространства, послужили основанием для сравнительного анализа степени функциональной зрелости сердечнососудистой системы детей и подростков, подвергающихся действию различных факторов риска образовательной среды.

3. Динамика показателей сердечнососудистой системы и психомоторной координированности у учащихся в течение учебного года

Динамическая оценка длительного комплексного влияния образовательной среды на функциональное состояние организма учащихся (при тестировании в спирометрической маске) была проведена в условиях донозологического мониторинга, по 3 схемам: 1. в школе № 1357 г. Москвы оценивали функциональное состояние организма учащихся с 1-го по 11-й классы, дважды, в октябре (после окончания периода адаптации к началу учебного года), и в апреле, всего 480 повторных измерений;

2. в школе № 1060 г. Москвы анализировали показатели учащихся 1-10-х классов, полученные "в противофазе": первое обследование проведено в апреле, повторное - в октябре, всего 210 повторных измерений;

3. в школе № 1357 использовали данные 6-летнего наблюдения за одними и теми же учащимися одной параллели - всего 44 человека, за время обучения с 5-го по 10-й классы.

Результаты общешкольного мониторинга показали следующее. Для весеннего тестирования оказалось характерным повышение ЧСС, достигающее уровня статистической достоверности в школе № 1060 в 1-м, 2-м и 4-м классах, в школе № 1357 - в 5-м, 6-м и 8-м классах. Весеннее снижение ПАДС выявлено в школе № 1060 в 4-м, 5-м, 6-и и 8-м классах, в школе № 1357 - в 3-м, 4-м, 5-м, 7-м, 8-м и 10-м классах (Рис.6), а также при многолетнем мониторинге.

Данные литературы (А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова, 1982; М.В. Антропова, В.И. Козлов, 1988; А.Н. Поборский и др., 2000; А.И. Федоров и др., 2002) описывают аналогичные результаты - снижение показателей АД в течение учебного года. Однако во всех процитированных работах одновременно со снижением АД выявлено и снижение ЧСС. В нашем исследовании обнаружено, наоборот, возрастание данного показателя. Повышение уровня ЧСС в условиях нагрузочной функциональной пробы мы интерпретируем как признак функционального напряжения систем вегетативной регуляции. Об этом же свидетельствуют и динамика спектральных показателей вариабельности СР. Так, в весеннем тестировании в школе № 1060 повышенный уровень относительной мощности диапазона VLF (до 25 %), отражающего активность центральных звеньев вегетативной регуляции СР, выявлен в 3-м, 6-м и 8-м классах, повышенный уровень ИЦ (до 2.5 у. е.), отражающий избыточную централизацию регуляции СР - во 2-м классе. В школе № 1357 относительная мощность диапазона VLF во всех тестированиях составляла не менее 20 % и значимо не изменялась, а величина ИЦ - не менее 2 у. е. с возрастанием в весенних тестированиях до 5 у. е. в 6-м и 10-м класс