Факторная структура показателей кардиореспираторной системы школьников Югры в возрасте 8–17 лет

Введение. Одним из направлений Концепции демографической политики Российской Федерации является сохранение и укрепление здоровья, а также увеличение продолжительности активной жизни населения [1]. Особое внимание требуется уделить малочисленным народам, детям и обучающейся молодежи.

Актуальность развития регионального подхода к мониторингу показателей морфофункционального состояния детского населения Российской Федерации обусловлена существенным разнообразием этнических и территориальных групп населения страны!, климатогеографиче- ских условий проживания, условий обучения, питания и т.д. В рамках реализации этих целей необходимы медико-биологические исследования для выявления возрастно-половых морфофункциональных особенностей детского населения в различных регионах страны и разработки адекватных практических мер по сохранению здоровья населения.

Особенно значимыми с этой точки зрения представляются исследования, проводимые в Ханты-Мансийском автономном округе -Югре, где на одной территории проживают представители коренных национальностей и потомки пришлого населения 1–3-го поколений. Накопление базы параметров морфофункционального состояния школьников позволяет выявлять значимые факторы, влияющие на адаптивные изменения растущего организма на разных этапах онтогенеза [2–6]. В последнее десятилетие данный вопрос изучался рядом авторов [7–9]. В работах представлены результаты сравнения средних значений морфофункциональных показателей школьников-ханты и их сверстников – представителей некоренного населения. Анализ публикаций по теме свидетельствует о том, что сочетанное влияние факторов социально-экологического прессинга ги-покомфортных территорий Севера может стать причиной возникновения нарушений развития и функционирования различных систем организма, в первую очередь – кардиореспиратор-ной [10–17]. Ситуацию усугубляют неблагоприятные техногенные факторы, такие как загазованность, загрязнение атмосферного воздуха продуктами нефте- и газодобычи, радиоактивными элементами, которые негативно сказываются на здоровье человека [18, 19].

Таким образом, для выявления особенностей и закономерностей возрастного развития школьников различной этнической принадлежности, проживающих в Югре, необходимы мониторинговые исследования с применением современных методов математического анализа.

Цель исследования. Определить факторную структуру показателей кардиореспира-торной системы школьников 8–17 лет разной этнической принадлежности, проживающих в ХМАО – Югре.

Материалы и методы. Исследование кардиореспираторной системы детей проводилось в зимний период года (декабрь-февраль) на базах медицинских кабинетов образовательных учреждений Сургутского района. Обследовано 479 детей в возрасте 8–17 лет, проживающих в сельской местности ХМАО – Югры. Выделены следующие группы: представители коренных малочисленных народов севера – ханты, которые приезжают на учебный период в школы-интернаты (128 девочек и 112 мальчиков); потомки пришлого населения (ППН) 1-го и 2-го поколений (126 девочек и 113 мальчиков). Обязательным условием включения в исследование явилось добровольное письменное информированное согласие родителей или законных представителей ребенка. Исключались школьники, которые в день обследования имели жалобы, освобождения от учебы, перенесли какие-либо острые заболевания в течение 3 мес. до проведения исследования. Обследование детей проводили в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации с соблюдением всех этических принципов проведения медицинских исследований с участием человека в качестве субъекта. Все измерения проводились в первой половине дня в условиях температурного комфорта и с учетом биоритмологических рекомендаций.

Изучали такие показатели, как жизненная емкость легких (ЖЕЛ), резервные объемы вдоха (РОвд) и выдоха (РОвыд), дыхательный объем (ДО), максимальная вентиляция легких (МВЛ), частота сердечных сокращений (ЧСС), систолическое (САД), диастолическое (ДАД) и пульсовое (ПД) давление, вегетативный показатель ритма сердца (ВПР), индекс вегетативного равновесия (ИВР), вариационный размах (ВР), индекс напряжения (ИН), общая спектральная мощность (TP), спектральная мощность высокочастотных (HF), низкочастотных (LF) и очень низкочастотных (VLF) колебаний, индекс ваго-симпатического взаимодействия (LF/HF), активность центрального контура регуляции (ИЦ).

Статистический анализ проводился при помощи программного продукта Statistica 10.0. Для обработки и упрощения больших объемов данных и выявления скрытых взаимосвязей между переменными был применен факторный анализ. Определение количества факторов в модели осуществлялось при помощи критериев Кайзера и «каменной осыпи». Вращение осуществляли методом Varimax normalized.

Результаты. На основании анализа было установлено, что структура факторов, определяющих функциональное состояние кардио-респираторной системы школьников 8–17 лет, проживающих в сельской местности ХМАО – Югры, имела особенности в зависимости от пола и этнической принадлежности (табл. 1).

Таблица 1

Table 1

Структура показателей кардиореспираторной системы школьников 8–17 лет разной этнической принадлежности, проживающих в сельской местности ХМАО – Югры

Structure of cardiorespiratory system indicators in schoolchildren aged 8-17 of different ethnic backgrounds residing in rural areas of the Khanty-Mansi Autonomous Okrug – Yugra

Девочки-ханты Khanty girls	Девочки-ППН Girls of non-indigenous descent	Мальчики-ханты Khanty boys	Мальчики-ППН Boys of non-indigenous descent
Фактор 1 (% общей дисперсии) Factor 1 (% of total variance)
21,68	21,84	21,60	28,07
Возраст / Age ЖЕЛ / VC РОвд / IRV МВЛ / MVV САД / SBP	Возраст / Age РОвыд / ERV РОвыд/ЖЕЛ / ERV/VC	Возраст / Age ЖЕЛ / VC РОвд / IRV РОвыд / ERV МВЛ / MVV САД / SBP	Возраст / Age ЖЕЛ / VC РОвд / IRV РОвыд / ERV МВЛ / MVV САД / SBP ПД / PP
Фактор 2 (% общей дисперсии) Factor 2 (% of total variance)
19,41	18,85	19,72	18,00
ВПР / VRI ИН / SI ИВР / VBI ВР / VR ЧСС / HR	ВПР / VRI ИН / SI ИВР / VBI ВР / VR	ВПР / VRI ИН / SI ИВР / VBI ВР / VR	ВПР / VRI ИН / SI ИВР / IVE ВР / VR TP / TP
Фактор 3 (% общей дисперсии) Factor 3 (% of total variance)
12,62	13,75	11,90	11,08
LF/HF / LF/HF HF / HF LF / LF ИЦ / CRLA	LF/HF / LF/HF HF / HF LF / LF ИЦ / CRLA	LF/HF / LF/HF HF / HF LF / LF ИЦ / CRLA	LF/HF / LF/HF HF / HF LF / LF ИЦ / CRLA
Фактор 4 (% общей дисперсии) Factor 4 (% of total variance)
9,47	9,60	10,20	10,25
РОвыд / ERV РОвд/ЖЕЛ / IRV/VC РОвыд/ЖЕЛ / ERV/VC	РОвд/ЖЕЛ / IRV/VC ДО/ЖЕЛ / TV/ VC ДО / TV	РОвд/ЖЕЛ / IRV/VC РОвыд/ЖЕЛ / ERV/VC	РОвд/ЖЕЛ / IRV/VC РОвыд/ЖЕЛ / ERV/VC
Фактор 5 (% общей дисперсии) Factor 5 (% of total variance)
	7,72	6,75	7,43
-	ЖЕЛ / VC	ДО/ЖЕЛ / TV/VC ДО / TV	ДО/ЖЕЛ / TV/VC

Примечание. ЖЕЛ – жизненная емкость легких, РОвд – резервный объем вдоха, РОвыд – резервный объем выдоха, МВЛ – максимальная вентиляция легких, САД – систолическое артериальное давление, ПД – пульсовое артериальное давление, ВПР – вегетативный показатель ритма сердца, ИН – индекс напряжения, ИВР – индекс вегетативного равновесия, ВР – вариационный размах, ЧСС – частота сердечных сокращений, TP – общая спектральная мощность, LF – спектральная мощность низкочастотных колебаний, HF – спектральная мощность высокочастотных колебаний, LF/HF – индекс вагосимпатического взаимодействия, ДО – дыхательный объем, ИЦ – активность центрального контура регуляции.

Note . VC – vital capacity, IRV – inspiratory reserve volume, ERV – expiratory reserve volume, MVV – maximal voluntary ventilation, SBP – systolic blood pressure, PP – pulse pressure, VRI – vegetative rhythm indicator, SI – stress index, VBI – vegetative balance index, VR – variation range, HR – heart rate, TP – total power, LF – low frequency, HF – high frequency, LF/HF – vagosympathetic interaction index, TV – tidal volume, CRLA – central regulatory loop activity.

При анализе выборки девочек-ханты выделены 4 фактора, суммарный вклад которых в дисперсию переменных составил 63,42 %, при этом первые два фактора вносили максимальный вклад – 41,09 %.

Первый фактор включил в себя 5 положительно коррелирующих показателей с общей суммой дисперсии 21,68 %. Наибольшая нагрузка с очень высокой силой корреляционной связи приходилась на показатели, отражающие резервные возможности дыхательной системы на вдохе (0,909) и общую функциональную способность легких (0,906). Высокую силу положительной связи демонстрировали показатели, отражающие давление в артериях (0,764), максимальные функциональные возможности аппарата внешнего дыхания (0,711) и возраст (0,810). Данный фактор был интерпретирован как общая функциональная способность дыхательной системы.

Второй фактор объединил в себе 19,41 % компонентов общей дисперсии и обнаруживал корреляционные связи очень высокой силы с ВПР (0,955), ИВР (0,919) и ИН (0,928). Высокая сила взаимосвязей с фактором 2 установлена с ЧСС (0,710) и ВР (-0,777). Поскольку в данный фактор входили не только временные показатели вариабельности ритма, но и параметр, отражающий ритм сердца, его можно интерпретировать как сердечно-вегетативную активность.

В состав третьего фактора вошли показатели спектральной мощности высокочастотных и низкочастотных колебаний, отражающие влияние вегетативной нервной системы на ритм сердца, и активности центрального контура регуляции. Прямую корреляционную связь очень высокой силы с третьим фактором демонстрировал индекс вагосимпатического взаимодействия (0,946). Остальные показатели обнаруживали связи высокой силы (LF 0,846; ИЦ 0,894; HF -0,884). Указанные взаимосвязи характеризуют соотношение автономности и централизации управления сердечным ритмом.

Четвертый фактор, обозначенный как резервная функция легких, объединил в себе показатели, отражающие резервные возможности дыхательной системы на выдохе и доли резервных объемов. Выявлены сильные прямые связи с РОвыд (0,727), РОвыд/ЖЕЛ (0,816) и отрицательные с РОвд/ЖЕЛ (-0,789).

При проведении факторного анализа у лиц женского пола – потомков пришлого населения выделены 5 факторов, суммарный вклад которых в дисперсию переменных составил 71,76 %, причем максимальный вклад вносили первые два фактора – 40,69 %.

При определении показателей, входящих в состав каждого фактора, выявлено, что наибольшие нагрузки в составе первого фактора у представителей женского пола – потомков пришлого населения приходились на РО-выд (0,890), РОвыд/ЖЕЛ (0,751) и возраст (0,839). Данный фактор был интерпретирован как резервная функция выдоха.

Второй фактор объединил в себе показатели с очень высокой и высокой силой связи, отражающие вегетативный баланс (ИВР 0,913; ВПР 0,947), вариабельность сердечного ритма (-0,832) и степень централизации управления сердечным ритмом (0,919). Данный фактор был интерпретирован как вегетативный баланс организма.

В состав третьего фактора вошли показатели спектральной мощности, отражающие влияние вегетативной нервной системы на ритм сердца, и активности центрального контура регуляции. Прямую корреляционную связь очень высокой силы с 3 фактором имел индекс вагосимпатического взаимодействия (0,966). Положительную связь высокой силы имели ИЦ (0,881) и LF (0,845), а отрицательную – HF (-0,810). Взаимосвязь данных показателей характеризует соотношение автономности и централизации управления сердечным ритмом.

Четвертый фактор объединил показатели функционального состояния дыхательной системы, которые составили 9,60 % общей совокупности дисперсии. Ведущими параметрами с высокой корреляционной связью оказались РОвд/ЖЕЛ (-0,775), ДО (0,901), ДО/ЖЕЛ (0,909). В данный фактор вошли показатели, характеризующие емкость легких. В связи с этим он был интерпретировали как функциональная способность дыхательной системы в покое.

Пятый фактор, который включил в себя показатель соответствия ЖЕЛ должным значениям и имел прямую взаимосвязь высокой силы (0,843), характеризовал степень растяжения легких и косвенно указывал на их функциональную способность.

У мальчиков-ханты первый фактор включил 6 прямо коррелирующих параметров с общей суммой дисперсии 21,60 %. Наибольшая нагрузка приходилась на абсолютные значения ЖЕЛ. Данный параметр демонстрировал очень сильную прямую взаимосвязь (0,942). Сильные корреляционные взаимосвязи были обнаружены с возрастом (0,875), а также с МВЛ (0,830), САД (0,783), РОвд (0,756) и РО-выд (0,751). Взаимосвязь этих показателей отражала общие функциональные способности дыхательной системы.

Второй фактор объединил в себе отрицательно коррелирующие показатели с очень высокой и высокой силой связи, отражающие вегетативный баланс (ИВР -0,787; ВПР -0,926), вариабельность сердечного ритма (0,806) и степень централизации управления сердечным ритмом (-0,881). Данный фактор был интерпретирован как вегетативный баланс организма.

Третий фактор имел очень сильные корреляционные связи с LF/HF (0,926) и HF (-0,919), положительную связь высокой силы с ИЦ (0,889) и LF (0,737). Данный фактор был интерпретирован как фактор вегетативной регуляции сердечного ритма. Взаимосвязь указанных показателей характеризует соотношение автономности и централизации управления сердечным ритмом.

Четвертый фактор, включивший показатели резервных возможностей дыхательной системы на выдохе (0,915) и вдохе (-0,853), объединил в себе 10,2 % компонентов общей дисперсии и был интерпретирован как резервная функция легких.

В состав пятого фактора, вклад которого составил менее 6,75 % общей совокупности дисперсии, вошли показатели, отражающие глубину дыхания (ДО, 0,753; ДО/ЖЕЛ, 0,850). Данный фактор интерпретирован как объем спокойного дыхания.

У лиц мужского пола – потомков пришлого населения выделены 5 факторов, суммарный вклад которых в дисперсию переменных составляет 74,84 %.

При этом первый фактор, объединяющий в себе 7 положительно коррелирующих показателей, составил 28,07 % общей дисперсии. Наибольшие нагрузки приходились на показатели, отражающие общую функциональную способность легких (ЖЕЛ 0,951), максимальные функциональные возможности аппарата внешнего дыхания (МВЛ 0,950), давление в артериях (САД 0,867; ПД 0,728), резервные возможности дыхательной системы на вдохе (0,784) и выдохе (0,820) и возраст (0,876). Данный фактор был интерпретирован как фактор легочной функции и артериального давления.

Второй фактор объединил в себе показатели с очень высокой и высокой силой связи, отражающие вегетативный баланс (ИВР 0,899, ВПР 0,951), вариабельность сердечного ритма (ВР -0,845), степень централизации управления сердечным ритмом (ИН 0,902) и суммарную активность вегетативного воздействия на сердечный ритм (TP 0,912). Данный фактор был интерпретирован как фактор вегетативного тонуса.

В состав третьего фактора вошли показатели спектральной мощности высокочастотных и низкочастотных колебаний, отражающие влияние вегетативной нервной системы на ритм сердца (HF -0,894, LF 0,722, LF/HF 0,922), и активности центрального контура регуляции (ИЦ 0,856). Данный фактор был интерпретирован как фактор вегетативной регуляции сердечного ритма.

Четвертый фактор составил 10,25 % общей совокупности дисперсии. В его состав входили показатели, отражающие резервные возможности дыхательной системы (РОвд/ЖЕЛ -0,882, РОвыд/ЖЕЛ 0,843), в связи с чем он был интерпретирован как фактор резервной функции легких.

Пятый фактор, включающий в себя долю дыхательного объема (ДО/ЖЕЛ -0,736), был интерпретирован как объем спокойного дыхания.

Обсуждение. Проведенный анализ позволил установить особенности факторной струк- туры у обследованных лиц. Доминирующее влияние на состояние кардиореспираторной системы у девочек-ханты оказывал фактор легочной функции и артериального давления, в то время как у девочек – потомков пришлого населения большее значение играл фактор резервной функции выдоха. Вторым по значимости в группе лиц женского пола – ханты был фактор сердечно-вегетативной активности, который, по сравнению с группой лиц женского пола – потомков пришлого населения, включал в себя не только временные показатели вариабельности сердечного ритма, но и ЧСС. Третий фактор в группах лиц женского пола разной этнической принадлежности был идентичным и отражал регуляцию сердечного ритма. Менее значимое влияние на состояние кардиореспираторной системы в группе лиц женского пола – ханты оказывали показатели, отражающие резервную функцию легких, а в группе лиц женского пола – потомков пришлого населения – жизненная емкость легких и общая функциональная способность легких.

У лиц мужского пола обеих этнических принадлежностей факторная структура показателей кардиореспираторной системы была идентична. Доминирующим фактором в обеих группах была легочная функция и артериальное давление. Однако у потомков пришлого населения данный фактор вносил более существенный вклад в общее состояние кардиоре-спираторной системы. Остальные факторы, отражающие вегетативный тонус и его регуляцию, резервную функцию легких и объем спокойного дыхания, были менее значимыми в обеих этнических группах лиц мужского пола.

Поскольку возраст прямо пропорционально коррелирует с процессами роста и развития, его высокая факторная значимость в отношении показателей ЖЕЛ, МВЛ и САД в обследованных группах школьников, за исключением представительниц потомков пришлого населения, объясняется физиологическими закономерностями. В период школьного возраста от 8 до 17 лет происходит активное увеличение объема грудной клетки и развитие дыхательной мускулатуры, что напрямую влияет на ЖЕЛ и резервные объемы. Па- раллельно с ростом тела и увеличением ударного объема сердца закономерно повышается систолическое артериальное давление. Таким образом, данный фактор отражает физическое и кардиореспираторное созревание организма.

Объединение легочных показателей и артериального давления в одном факторе может указывать на тесную функциональную связь дыхательной и сердечно-сосудистой систем, обеспечивающую адекватное снабжение тканей кислородом. Увеличение дыхательных объемов требует адекватного сердечного выброса и наоборот. Однако у представительниц потомков пришлого населения данной взаимосвязи выявлено не было. Их функциональное состояние в большей степени зависит от резервных возможностей дыхательной системы, что может говорить об изменении стратегии их физиологического развития. Еще одной причиной данного явления может быть большая вариабельность темпов созревания в данной группе по сравнению с представителями коренной национальности, что могло повлиять на общие результаты факторного анализа.

Взаимосвязь ЧСС с показателями вариабельности сердечного ритма, которая отражена во втором факторе у представительниц коренной национальности ханты может говорить о более согласованной системе управления, по сравнению с представительницами потомков пришлого населения.

Высокие нагрузки на LF/HF и ИЦ у всех групп свидетельствуют о значительном влиянии симпатического тонуса и центральных механизмов регуляции, что может быть приспособительной реакцией к проживанию в ги-покомфортных условиях севера.

Сходство факторной структуры у представителей мужского пола обеих этнических групп позволяет предположить, что вклад пола в формирование функционального состояния кардиореспираторной системы превышает вклад этнической принадлежности в мужской выборке.

Заключение. Таким образом, исследование показало, что факторная структура кардио-респираторной системы школьников 8–17 лет разной этнической принадлежности, прожива- ющих в сельской местности, имеет как общие черты, так и этнически обусловленные различия. Выявленные факторные структуры отражают различные стратегии адаптации растущего организма к условиям ХМАО – Югры. Для девочек-ханты характерна стратегия, тесно связывающая развитие дыхательной и сердечно-сосудистой систем при более согласованной системе управления. Функциональное состояние представительниц пришлого населения в большей степени реализуется через оптимизацию резервов дыхательной системы. У представителей мужского пола независимо от этнической принадлежности в функциональном состоянии кардиореспира-торной системы доминируют общие закономерности роста и развития, что делает их факторную структуру более однородной, но с разным вкладом влияния легочной функции и артериального давления.