Вариабельность параметров внешнего дыхания у студентов в течение дня

Известно, что вегетативная нервная система является обязательным элементом, участвующим в регуляции всех функциональных систем организма. Важным при этом является суточная динамика изменений вегетативного тонуса, что оказывает закономерное влияние на показатели отдельных систем и органов, отражаясь на их вариабельности и периодической активности. Как известно, помимо нервной системы чёткую хронобиологическую организацию имеют практически все другие системы организма, в том числе и дыхательная. Так, в клинической практике установлена связь суточных ритмов вегетативного тонуса со степенью тяжести пневмонии [1]. Установлено различие в индивидуальных параметрах циркадианных ритмов функции внешнего дыхания у здоровых людей и людей с хронической обструктивной болезнью лёгких (ХОБЛ) [2, 3].

Современная хронобиология позволяет утверждать, что наиболее полная характеристика любого физиологического процесса, в том числе и функции внешнего дыхания, может быть дана только лишь с учётом изменений этого процесса на протяжении суток. Рассогласование биологических ритмов функционирования систем и органов может выступать одной из причин развития патологий [4].

ЦЕЛЬ: изучить динамику изменения некоторых параметров внешнего дыхания у студентов в течение дня.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В исследовании участвовали 260 студентов обоего пола, обучающихся в Самарских вузах. Возраст испытуемых составлял от 19 до 22 лет. Критериями исключения были диагностированные хронические заболевания респираторной системы, а также профессиональные занятия спортом в течение более чем 2 лет. Перед участием в исследовании от всех испытуемых было получено информированное добровольное согласие. Работа выполнена с соблюдением этических принципов проведения биомедицинских научных исследований с участием человека, согласно Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации.

Показатели внешнего дыхания регистрировали при помощи спирографа КМ-АР01 «Диамант» (Россия). На полученных спирограммах проводили анализ жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ, л), резервного объёма вдоха (Рвд, л), резервного объёма выдоха (Рвыд, л), дыхательного объёма (ДО, л), минутной вентиляции лёгких (МВЛ, л/мин) и объёмной скорости инспираторного потока (Vi, л/мин). Показатели внешнего дыхания регистрировали три раза в день: утром с 7.30 до 9.00 ч, днем с 13.00 до 14.30 ч и ве- чером с 18.00 до 19.30 ч. Для статистического анализа полученных данных использовали программный пакет SigmaРlot 12.0 и применяли тесты Shapiro-Wilk и Wilcoxon Signed Rank Test. Статистически значимыми считались различия при p<0,05. Полученные результаты представлены в виде медианы и 25-й и 75-й перцентили - Me [Q1; Q3], а также как изменения средних значений в %.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате анализа полученных данных были выявлены колебания отдельных показателей внешнего дыхания в течение дня с акрофазой для всех параметров в вечернее время. Причём многие из этих изменений были статистически значимыми.

Максимальное значение жизненной ёмкости лёгких 4,45 [3,63-5,27] л было отмечено в вечернее время (рис. 1). Выявленные у студентов уровни ЖЕЛ не полностью согласуются с данными литературы, т.к. в подобных исследованиях максимальные показатели обычно регистрируются в дневное время [2]. Однако можно предположить, что полученные нами значения связаны с особенностями индивидуального ритма жизни респондентов [5]. Замечено, что у студентов пики физической активности, занятий спортом и других видов активной деятельности приходятся на после учебное время (после 16:00 -17:00). Вероятно, именно этим объясняется увеличение проходимости крупных и средних бронхов, обеспечивающих максимальные показатели ЖЕЛ на спирограммах.

Рисунок 1. Динамика изменений ЖЕЛ у студентов в течение дня. Примечание: * - р<0,05

Figure 1. Dynamics of changes in vital capacity in students during the day. Note: * - p<0.05

Показатели резервных объёмов вдоха и выдоха также увеличивались в течение дня, однако для резервного объёма вдоха эти изменения не имели статистически значимого характера (рис. 2А). В то время как показатели резервного объёма выдоха менялись волнообразно от 1,25 [0,76–1,70] л в первой половине дня и до 1,29 [0,81–1,71] л во второй, с выраженным пиком в вечернее время (рис. 2Б).

Наибольшая величина дыхательного объём (ДО) у испытуемых также отмечалась в вечернее время суток и составляла 0,62 [0,44–0,84] л. Зарегистрированное значение статистически значимо превосходило показатели, наблюдаемые в утренние часы, на 6,5% (рис. 3).

Уровень минутной вентиляции лёгких (МВЛ) у обследованных студентов постепенно нарастал в течение суток от 75,09 [55,36–100,32] л/мин утром и достигал акрофазы в вечернее время, устанавливаясь на отметке 82,14 [59,26–104,78] л/мин (рис. 4).

Рисунок 2. Динамика изменений Рвд (А) и Рвыд (Б) у студентов в течение дня. Примечание: * – р<0,05

Figure 2. Dynamics of changes in Рвд (А) and Рвыд (Б) in students during the day. Note: * – p<0.05

Рисунок 3. Динамика изменений ДО у студентов в течение дня. Примечание: ** – р<0,01

Figure 3. Dynamics of changes in respiratory volume in students during the day. Note: ** – p<0.01

дневное время вечернее время утреннее время

Рисунок 4. Динамика изменений МВЛ у студентов в течение дня. Примечание: ** – р<0,01; *** – р<0,001

Такая же динамика вариабельности наблюдалась и для такого параметра, как объёмная скорость инспираторного потока, отражающая силу сокращений мышц вдоха. В утренние часы наблюдалась батифаза, которая описывалась значением 0,36 [0,25– 0,50] л/мин, а в вечерние часы – акрофаза и составляла 0,39 [0,27–0,54] л/мин (рис. 5). Между утренними и дневными значениями (0,38 [0,28–0,53] л/мин), а также утренними и вечерними показателями различия были статистически значимы.

Рисунок 5. Динамика изменений Vi у студентов в течение дня. Примечание: * – р<0,05; ** –р<0,01

При анализе изменений вариабельности параметров внешнего дыхания у студентов с точки зрения хронобиологии важно учитывать колебания уровня гормонов в крови в течение дня. Так, принято считать, что в вечернее время у здорового человека в крови наблюдается минимальная концентра- ция некоторых гормонов, в том числе кортизола и тироксина [2, 6], что может косвенно влиять на параметры внешнего дыхания, снижая его частоту и минутную вентиляцию лёгких. Однако существует большое количество исследований, демонстрирующих, что в современном мире в связи с высокой световой загрязнённостью и изменением ритмов сна и отдыха, у людей наблюдается десинхроноз, смещающий пики синтеза и секреции многих гормонов [7, 8]. Как уже отмечалось в более ранних работах [9, 10], студенты относятся к группе риска нарушений биологических ритмов и режима сна, что связано с молодым возрастом и необходимостью следовать расписанию учёбы. В связи с этим можно предположить, что для большинства испытуемых в нашем исследовании характерен сдвиг хронотипа в сторону вечернего, что и объясняет максимальные показатели внешнего дыхания во второй половине дня. Как было отмечено нами в более ранних работах [11], супрахиазматические ядра (СХЯ), как основной эндогенный регулятор циркадианных ритмов, способны оказывать влияние практически на все мозговые структуры, в том числе и на нервные сети, регулирующие паттерн дыхания. Вот почему смещение активности СХЯ приводит к изменению акрофаз параметров внешнего дыхания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нами проанализировано изменение отдельных показателей функции внешнего дыхания и выявлена их закономерная вариабельность у студентов в течение дня. Проведённое спирографическое исследование продемонстрировало чёткую циркадианную динамику изученных объёмных параметров паттерна дыхания с выраженной акрофазой в вечернее время суток.