Изучение динамики ионизированного кальция у лицеистов при адаптации к начальному этапу образовательного процесса

В последние годы в России на фоне социально-экономических преобразований, повлекших за собой снижение как жизненного уровня многих слоев населения, так и экологического благополучия среды обитания, что характерно для большинства регионов страны, наблюдается устойчивая тенденция к снижению уровня здоровья детей и подростков [1; 5; 7]. Отрицательный вклад в ухудшение состояния здоровья детей вносит и система школьного образования [10]. К моменту окончания школы количество здоровых детей снижается в три раза. Число детей с близорукостью возрастает с 3 до 30%, с нарушениями опорно-двигательного аппарата – увеличивается в 1,5–2 раза, с аллергическими болезнями – в 3 раза, с заболеваниями крови – в 2,5 раза, эндокринной системы – в 2 раза, с нервными болезнями – в 2 раза. По данным специалистов НИИ питания РАМН, усугубляется картина и тем, что школьники испытывают острый дефицит витаминов, макро- и микроэлементов. Концентрация аскорбиновой кислоты регистрируется ниже нормы у 40% обследуемых, токоферола – у 33%, витамина А – у 28%. Распространенность остеопороза у подростков, являющаяся следствием нарушения кальциевой обеспеченности, достигает 44% [2]. Есть убедительные данные, свидетельствующие о замедлении наблюдавшегося ранее ускоренного физического развития детей.

Особенно выраженно проявляется негативная тенденция ухудшения состояния здоровья у детей, обучающихся в инновационных учебных заведениях нового типа – лицеях, гимназиях, колледжах, школах с углубленным изучением ряда предметов [5]. К учебным заведениям данного типа относится Волгоградский мужской педагогический лицей. Обучение в нем является альтернативным по отношению к сложившейся образовательной практике [4; 9]. В лицее после окончания седьмого класса общеобразовательной школы обучаются в интернатных условиях юноши с восьмого по двенадцатый класс. Особенность учебных планов заключается в многопредметности и изучении предметов по углубленным авторским программам по профилю избираемой в будущем педагогической специальности. Недельная аудиторная нагрузка составляет 48 часов, в том числе 6 часов физической культуры, 6 часов по выработке физических навыков начальной военной подготовки. Во внеаудиторное время учащиеся занимаются в спортивных секциях по выбору (по 2 часа три раза в неделю). Другими словами, 18 часов в неделю отводится на регламентированную двигательную активность. Таким образом, в лицее на протяжении пяти лет обучения ведется интенсивное физическое совершенствование, что на фоне начинающегося полового созревания может вызывать напряжение вовлеченных в эти процессы систем растущего и развивающегося организма, в том числе и изменение количественного содержания химических элементов, обеспечивающих его оптимальную деятельность.

В организме человека присутствует 81 химический элемент, но лишь 32 из них являются клинически значимыми. Двенадцать элементов, в том числе кальций, называют структурными, или макроэлементами, т.к. на них приходится 99% элементного состава.

Кальций – самый распространенный элемент в живой природе. По содержанию в организме этот биоэлемент стоит на пятом месте, уступая лишь четырем элементам – органогенам. По биологической роли кальций явлется одним из важнейших химических элементов в организме человека, что определяется особенностями его метаболизма, обусловливающими физиологический гомеостаз и оптимальное функционирование всех систем [6]. Недостаток этого макроэлемента в организме приводит к хронической усталости, сахарному диабету, аллергическим и кожным заболеваниям, низкой свертываемости крови, остеопии, нарушению нервной проводимости, мышечных сокращений (в том числе нарушению стабильности сокращений сердечной мышцы), регуляции проницаемости клеточных мембран [6; 8].

Кальций – единственный элемент, участвующий в поддержании кислотно-щелочного баланса (рН) крови на уровне 7,45. Этот биоэлемент конкурирует с радионуклидами и тяжелыми металлами за активные участки молекул белков, предотвращая их повреждения токсикантами, участвует в формировании кратковременной памяти и обучающих навыков. Наконец, недостаточное содержание этого макроэлемента приводит к снижению интеллекта, усилению отрицательного воздействия нервно-эмоционального напряжения и стресса [3; 6; 11].

Актуальным является изучение содержания ионизированного кальция как участника многих регуляторных процессов, протекающих в организме в период адаптации к начальному этапу образовательного процесса в условиях лицея. Целью настоящей статьи стало изучение содержания ионизированного кальция в плазме крови лицеистов 13–14 лет как маркера, характеризующего ход адаптации в годовом цикле образовательной деятельности. Теоретическая значимость исследования определяется вкладом материала в возрастную физиологию по особенностям годовой динамики основного макронутриента у подростков 13–14 лет при их адаптации к образовательному процессу в условиях повышенной учебной нагрузки на фоне усиленной двигательной активности. В доступной нам литературе данных с использованием подобных методологических подходов обнаружено не было.

Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке научно-обоснованных рекомендаций для учебных учреждений с целью стабилизации содержания кальция в плазме крови и предупреждения последствий его дефицита. Объектом исследования являлись 25 учащихся 8-го класса Волгоградского мужского педагогического лицея в возрасте 13–14 лет.

Организация и методы исследования

Исследования проводились на базе медико-биологической лаборатории Волгоградского мужского педагогического лицея и клинико-диагностического лабораторного отделения Волгорадского областного кардиологического центра. Забор венозной крови производился в течение учебного года шестикратно с использованием одноразового оборудования в 9 часов утра, натощак, в процедурном кабинете. Изучение количественного содержания ионизированного кальция проводилось с использованием электролитного анализатора «Radiometer» ABL 615/625.

В крови кальций находится в трех различных формах. Около половины – в виде нефильтрующих-ся, плохорастворимых соединений с белками. Другую половину составляет свободный ультрафильтру-емый кальций, способный проходить через клеточные мембраны, третья часть которого находится в ионизированной форме, именно этой форме принадлежит ведущая роль в регуляции всех физиологических процессов. Анализ количественного содержания ионизированного кальция представлен в виде статистических показателей, а также в виде диаграммы (см. табл. 1, рис. 1).

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные данные показали, что в начале первой учебной четверти (сентябрь), после летних каникул, концентрация ионизированного кальция находилась в пределах возрастной нормы (1,00– 1,15 ммоль/л) и равнялась 1,10±0,02 ммоль/л. К концу первой четверти (октябрь) изучаемый показатель достоверно снизился до 0,99 ммоль/л, т.е. был на 0,01 ммоль/л меньше нижней границы возрастной нормы и на 10% ниже фонового уровня (t=3,9; Р>99,9%). Что касается разброса индивидуальных показателей изучаемого макроэлемента в начале первой четверти и в конце второй, то он был невелик – в пределах 8,9 и 9,8% соответственно. После кратковременных осенних каникул, продолжавших- ся одну неделю, в начале второй четверти (ноябрь) содержание ионизированного кальция возрастало до 1,06±0,03 ммоль/л и было выше, чем в конце первой четверти на 9% (t=1,9; Р<95%), что однако было ниже на 4% (t=1,1; Р<95%) фоновых показателей в начале первой четверти. По окончании второй четверти (декабрь) содержание ионизированного кальция уменьшалось до 1,00±0,02 ммоль/л, что было на 6% ниже значений этого показателя в начале второй четверти (t=1,6; Р<95%) и на 9% ниже по сравнению с показателями начала учебного года (t=3,6; Р>95%). Таким образом, динамика изменений количественного содержания изучаемого макронутриента в плазме крови во второй четверти повторила динамику изменений, наблюдаемую в первой четверти.

В феврале после зимних каникул (в январе вследствие карантина учебные занятия не проводились) уровень ионизированного кальция практически не изменился по сравнению с показателями, регистрируемыми в конце первого полугодия. Количественное содержание кальция в этот период составляло 0,99±0,02 ммоль/л и уменьшалось всего на 1% (t=0,4; Р<95%). Однако значение исследуемого показателя оказалось на 9% (t=3,9; Р>99,9%) ниже фоновых значений и на 7% (t=2,5; Р>95%) ниже показателей начала второй четверти. Следовательно, в начале третьей четверти, несмотря на имевшийся длительный восстановительный период (каникулы, карантин), содержание изучаемого биоэлемента в плазме крови у учащихся не стабилизировалось.

В конце учебного года было отмечено резкое достоверное падение изучаемого показателя до 0,64±0,04 ммоль/л, т. е. наблюдалось снижение на 36% (t=7,8; Р>99,9%) по сравнению с данными, полученными в начале второго полугодия, при значительном разбросе индивидуальных данных (V = 30,6 %), хотя уже и в тот период количественное содержание кальция вышло за границы нижнего предела возрастной нормы.

Таблица 1

Изменения содержания ионизированного кальция в плазме крови у лицеистов 8-х классов в течение учебного года

Сравнительный анализ показателей концентрации ионизированного кальция в различные периоды адаптации лицеистов к образовательному процессу показал, что в начале первой и второй учебных четвертей уровень кальция находился в пределах возрастной нормы. Это может свидетельствовать о том, что отдых от учебных нагрузок в каникулярное время способствовал стабилизации содержания в плазме крови данного макронутриента. Снижение концентрации макроэлемента в конце первой и второй учебных четвертей до нижней границы возрастной нормы манифестирует об исчерпании его резервов под воздействием умственного и физического напряжения и может расцениваться как результат воздействия образовательного процесса. Динамика изменения изучаемого показателя во втором полугодии только подтверждает выявленную ранее тенденцию и свидетельствует о наличии негативного влияния образовательного процесса и образовательного пространства на концентрацию макронутриента.

Существование такой зависимости подтверждается как снижением уровня кальция после зимних каникул, так и резким его падением в конце года и может, по- видимому, объясняться ни чем иным, как истощением его резерва под воздействием длительного интенсивного и экстенсивного образовательного процесса. Если в первом полугодии после каникулярного отдыха организм еще мог оптимизировать содержание макронутриента за счет мобилизации внутренних резервов, то во втором полугодии они оказывались исчерпанными.

Таким образом, у учащихся 8-х классов было выявлено статистически значимое снижение содержания в плазме крови ионизированного кальция – одного из важнейших биоэлементов, неотъемлемого участника многих регуляторных процессов на клеточном и организменном уровнях, что является результатом истощения его внутренних резервов, свидетельствует о наличии негативного влияния образовательного процесса повышенной сложности и предполагает определенную его коррекцию. Динамика концентрации изучаемого нутриента может служить маркером адаптации к образовательному процессу. На основании полученных данных администрации лицея были даны практические рекомендации по оптимизации образовательной среды с целью минимизации возможных последствий кальци-пении.