Функциональные резервы организма – динамический процесс изменений функциональных показателей ведущих систем организма, обусловленный эндогенными (или наследственными) и экзогенными (или средовыми) факторами. Наследственными являются различные особенности гемодинамических показателей, реактивности и т.д. К средовым относят социально-экономические, психологические, климато-географические и экологические факторы. Все они действуют в единстве, взаимообусловлены, однако решающее значение имеют социально-экономические факторы. Изменения условий жизни общества ведут к изменениям в функциональном состоянии ведущих систем организма людей [4,5,6]. В значительной степени уровень функциональных резервов организма человека определяется степенью его двигательной активности. Функциональные показатели лиц, занимающихся физическими нагрузками, намного выше, чем у лиц, не имеющих их. Резервные возможности организма огромны. Природой запрограммирована дублирующая функция органов и систем организма. Однако, несмотря на наличие большого запаса прочности, рассчитанного на сохранение жизни в экстремальных ситуациях, организация учебной, трудовой и спортивной деятельности детей и подростков указывает на использование установленных оптимальных нагрузок [7,8,9].

Физическая нагрузка представляет собой универсальное тестовое средство, позволяющее оценить уровень функциональных возможностей организма, его запас скрытых резервов. Являясь эталоном, она измеряет энергетические резервы функционирования систем организма. При физической нагрузке происходит перестройка всей деятельности организма, проявляющаяся в соответствующих изменениях функционального состояния различных органов и систем. Многие исследователи указывают, что одно из первых мест в этой перестройке занимает сердечно-сосудистая и дыхательная системы, которые под влиянием импульсов из ЦНС изменяют свою деятельность, приспосабливая ее к изменившимся условиям среды. Следовательно, функциональное состояние органов кровообращения и дыхания, в известной мере, отражает комплексную ответную реакцию всего организма на выполнение физической работы. При этом для обеспечения гомеостатического режима включаются механизмы регуляции и взаимодействия систем, осуществляющих ответную реакцию [10,11].

Таким образом, исследование физического развития с определением уровня функциональных резервов позволяет значительно углубить информацию как о морфофункциональном развитии организма человека, степени его дееспособности, так и процессах формирования отклонений в ходе возрастного развития. Охарактеризованные физиологические закономерности развивающегося детского организма несут значимость для анализа онтогенетического развития ребенка, для оценки функционального состояния ведущих систем организма в последующей организации адекватных режимов физических нагрузок (физическое воспитание, спот или лечебная физическая культура).

Материалы и методы. Исследование проведено по результатам профилактических медицинских осмотров с комплексной оценкой здоровья по программе автоматизированного компьютерного диагностического обследования (АКДО) 964 сельских школьников (СШ) Нижегородской области (499 мальчиков и 465 девочек в возрасте 7 – 17 лет [12,13]. Критерии включения: учащиеся 1-11 классов сельских СОШ. Критерии исключения: 1) дети с органическими поражениями, 2) острое респираторное заболевание, 3) период обострения хронических заболеваний. Проведены функциональные тесты: проба Мартине-Кушелевского (20 приседаний за 30 с), дыхательные пробы Штанге и Генчи [14]. Для сравнительной характеристики показателей функциональных проб сельских и городских школьников (ГШ) использовали значения медианы исследуемых параметров, которой соответствует 50 центиль шкалы оценочных таблиц [3,11,14,15]. По результатам обследования создана персонифицированная база данных, статистическая обработка проведена с использованием программ офисного пакета «EXCEL 2003» и «Биостат» [16,17,18].

Результаты исследования и их обсуждение. Сравнение медиан результатов проб Штанге и Генчи среди ГШ и СШ выявило наилучшие их значения у последних, как среди мальчиков, так и среди девочек (рис.1; 2), хотя статистически преимущество с помощью критерия Манна-Уитни не доказано.

Рис.1. Сравнительная характеристика показателей пробы Штанге городских и сельских мальчиков (Т=137,0; Р=0,489) и девочек (Т=139,5; Р=0,391) 2012 г.

Согласно полученным результатам (рис.1), как городские, так и сельские дети 7-9 лет могут задерживать дыхание на вдохе с почти равными возможностями (25-33 сек). У девушек, увеличиваясь с возрастом, в 16-17 лет результаты пробы Штанге остаются равными среди учащихся городских и сельских школ (41-45 сек). У юношей этого возраста, различия становятся значительными, с преобладанием значений у учащихся сельских школ (у ГШ – 54-56 сек, у СШ – 64-70 сек).

В общем итоге по пробе Генчи отличные и хорошие результаты были зарегистрированы у 41,1% учащихся сельских школ. Удовлетворительные и неудовлетворительные – у 42,6% и 14,3% соответственно. По пробе Штанге рассчитано аналогичное распределение – 42,8%, 43,8% и 13,4% соответственно.

Рис.2. Сравнительная характеристика Ме показателей пробы Генчи городских и сельских мальчиков (Т=140,5; Р=0,355) и девочек (Т=139,5; Р=0,390) 2012 г.

Проба Мартине-Кушелевского используется для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы на малые нагрузки. Соотношения различных количественных показателей ЧСС и АД выявляют качественные особенности, позволяя определить тип реакции сердечно-сосудистой системы, степень напряжения организма к нагрузке и показатель качества реакции [3,7,10,15].

Перед проведением пробы Мартине-Кушелевского выявили детей с высокими гемодинамическими показателями на основе определения центильных оценок показателей уровня функционирования системы кровообращения (ЧСС, САД, ДАД) с целью извлечения их из исследования и статистических расчетов (табл.1). Распределение центильных оценок гемодинамических параметров характеризуется незначительным правосторонним смещением, более выраженным по результатам ДАД. Доля детей с показателями, соответствующими норме (3-6 ЦИ) снижена по всем исследуемым параметрам. Наибольшее сходство с эталонным распределением выявлено у девочек по показателям САД. Гендерных различий между распределениями центильных оценок не получено.

Таким образом, изучение параметров системы кровообращения у СШ выявило, что у большинства детей и подростков (72,8-78,6%) показатели функционирования сердечно-сосудистой системы находятся в пределах нормы, четверть детей имеет отклонения с преобладанием высоких значений гемодинамики, особенно ДАД (в 7-8 ЦИ ♂-18,0%,; ♀-18,4%). Школьники, имеющие после повторных измерений показатели САД, ДАД и ЧСС в 1, 7, 8 ЦИ были допущены к проведению функциональных проб только после консультации и разрешения врача [3,11,15].

Таблица 1. Характеристика распределения гемодинамических показателей у сельских школьников

По результатам проведенной пробы Мартине-Кушелевского зарегистрировано 51,3% школьников с нормотоническим типом реакции, характеризующейся равнозначным учащением ЧСС и уровнем повышения пульсового давления. У 26,2% школьников определен астенический тип реакции, при которой происходит значительный прирост ЧСС на фоне стабильного пульсового давления. Гипертонический тип реакции, сопровождающийся резким повышением САД и ДАД на физическую нагрузку, установлен у 13,6% школьников. Парадоксальный тип реакции с длительным восстановлением ЧСС и АД, или с урежением ЧСС, или снижением САД ниже исходного уровня («отрицательная фаза» ЧСС, АД) в восстановительном периоде, выявили у 6,2% обследованных. У остальных (2,7%) определен ступенчатый и дистонический типы. Таким образом, у большинства СШ при определении функционального состояния выявили хорошую и удовлетворительную адаптацию сердечно-сосудистой системы к нагрузке (рис.3).

Рис.3. Распределение сельских школьников в зависимости от типа реакции сердечно-сосудистой системы после проведения пробы Мартине-Кушелевского

Для выявления статистически достоверных различий результатов пробы Мартине-Кушелевского между возрастными группами СШ проведены дисперсионный и корреляционный анализы (табл.2; 3).

Дисперсионный анализ выявил наличие статистически значимых гендерных различий в показателях изменений ЧСС и ДАД после физической нагрузки и степени напряжения организма. Между возрастными группами достоверные различия выявлены в изменении значений ЧСС (табл.2).

Таблица 2. Показатели статистической значимости различий результатов пробы Мартине-Кушелевского

Таблица 3. Корреляционная матрица показателей результатов пробы Мартине-Кушелевского

Примечание: * – коэффициенты корреляции достоверны при уровне значимости p<0,05

В связи с определением слабых корреляций и выявлением эпизодических статистически значимых возрастных различий, результаты пробы Мартине-Кушелевского представлены для 3 возрастных групп отдельно для мальчиков (табл.4) и для девочек (табл.5)

Таблица 4. Нормативы пробы Мартине-Кушелевского у сельских мальчиков

По времени восстановления ЧСС и АД между мальчиками и девочками выявлены незначительные различия. ЧСС у мальчиков восстанавливается в диапазоне 50-200 сек, а у девочек – 60-210 сек. Время нормализации АД после приседаний у мальчиков составило 80-260 сек, у девочек – 90-270 сек.

Таблица 5. Нормативы пробы Мартине-Кушелевского у сельских девочек

Большая часть СШ (85,8% мальчиков и 83,8% девочек) показали хороший и удовлетворительный показатель качества реакции на нагрузку на фоне легкой и умеренной степени напряжения организма (СНО) (92,2% и 88,0% соответственно пола). В возрастной группе 11-14 лет СНО возрастает, параллельно увеличивая неудовлетворительный показатель качества реакции (табл.6)

Таблица 6. Результаты пробы Мартине-Кушелевского у сельских школьников

Гендерные различия выявлены по показателям степени напряжения организма, с наилучшими значениями у мальчиков. Среди мальчиков больше доля детей с легкой степенью напряжения (на 9,6%), а среди девочек больше с умеренной и выраженной степенями (на 5,3 и 4,2% соответственно).

Время восстановления физиологических функций после пробы продолжалось в пределах 50-210 сек для ЧСС и 80-270 сек для АД (рис.4; 5).

Примечание: ВрЧСС – время восстановления ЧСС; ВрАД – время восстановления АД

Рис.4. Сравнительная характеристика показателей времени восстановления ЧСС и АД после пробы Мартине-Кушелевского у мальчиков

Используя показатели значений медиан результатов пробы Мартине-Кушелевского провели сравнительный анализ между сельскими и городскими школьниками. Восстановление ЧСС после пробы у СШ происходит быстрее, чем у ГШ, за исключением мальчиков 12 лет. Восстановление АД также быстрее приходит в норму среди СШ (кроме мальчиков 7-9 лет и девочек 11,13 лет). У мальчиков из сельских школ показатель времени восстановления АД имеет тенденцию с возрастом снижаться, указывая на хорошее качество функционирования сердечно-сосудистой системы, у городских мальчиков он практически не изменяется в течение периода школьного обучения (рис.4). У девочек время восстановления АД после нагрузки с возрастом увеличивается (рис.5).

Примечание: ВрЧСС – время восстановления ЧСС; ВрАД – время восстановления АД

Рис.5. Сравнительная характеристика показателей времени восстановления ЧСС и АД после пробы Мартине-Кушелевского у девочек

Изменения ЧСС после пробы у сельских и городских мальчиков имеют статистически значимые различия и свидетельствуют об увеличении процента прироста пульса с возрастом. Во всех возрастных группах у городских мальчиков этот показатель выше в отличие от СШ (в возрасте 11-13 лет – на 4,5-9,3 сек) (рис.6).

Рис.6. Сравнительная характеристика показателей изменения ЧСС после пробы Мартине-Кушелевского у мальчиков

У девочек показатель прироста пульса после приседаний с возрастом увеличивается, но различия между сельскими и городскими школьницами не подтверждается статистическими сравнениями (рис.7).

Рис.7. Сравнительная характеристика показателей изменения ЧСС после пробы Мартине-Кушелевского у девочек 

Изменения САД после проведения пробы Мартине-Кушелевского имеют тенденцию возрастного увеличения, но также не имеют статистически значимых различий, как между мальчиками (рис.8), так и между девочками (рис.9) из сельских и городских школ.

Рис.8. Сравнительная характеристика показателей изменения САД после пробы Мартине-Кушелевского у мальчиков

Рис.9. Сравнительная характеристика показателей изменения САД после пробы Мартине-Кушелевского у девочек

Согласно методическим указаниям Чекаловой Н.Г. (2010) провели оценку показателей трех проб у СШ и определили УФР, суммируя итоговые значения. Хорошие и отличные результаты имели школьники с показателями проб Штанге и Генчи в 5-8 ЦИ, с нормотоническим типом и хорошим ПКР на фоне легкой СНО после пробы Мартине-Кушелевского. Удовлетворительными результаты оценивались, если они соответствовали 2-4 ЦИ оценочных шкал проб Штанге и Генчи, умеренным ПКР и СНО. Неудовлетворительными засчитаны результаты у школьников, получивших оценки, равные по дыхательным пробам 1 ЦИ, а пробе Мартине-Кушелевского – неудовлетворительный ПКР и выраженной СНО.

Интегральный показатель функциональных резервов, объединяющий значения трех проб соответствующих уровней, свидетельствует о том, что:

- 36,6% сельских школьников имеют хорошие и отличные результаты одновременно по всем проведенным пробам;

- 38,2% школьников – удовлетворительный запас функциональных резервов (т.е. имеют по трем проведенным пробам сочетание отличных, хороших и удовлетворительных оценок);

- 25,2% школьников при проведении функционального тестирования показали неудовлетворительные результаты (т.е. все или даже показатели одной пробы оценены неудовлетворительно).

Таким образом, по результатам пробы Мартине-Кушелевского сельские дети, в сравнении с городскими школьниками, имеют более высокий уровень функционирования системы кровообращения, а по пробам Штанге и Генчи только тенденции наилучших возможностей респираторной системы.

По результатам проведенной пробы Мартине-Кушелевского зарегистрировано 51,3% школьников с нормотоническим типом реакции, 26,2% – с астеническим типом реакции, 13,6% школьников – с гипертоническим типом реакции, 6,2% – с парадоксальным, а у остальных (2,7%) определен ступенчатый и дистонический типы.

Большая часть сельских школьников (85,8% мальчиков и 83,8% девочек) показали хороший и удовлетворительный показатель качества реакции на нагрузку на фоне легкой и умеренной степени напряжения организма (92,2% и 88,0% соответственно пола) при проведении пробы Мартине-Кушелевского.

У большинства сельских школьников (74,8%) при определении уровня функциональных резервов с использованием интегральных оценок показателей трех функциональных проб выявили отличную, хорошую и удовлетворительную адаптацию кардио-респираторной системы к нагрузке.

Полученные результаты представлены в качестве современных нормативов для оценки функциональных резервов сельских школьников.