Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

МОНИТОРИНГ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ АДАПТАЦИОННЫХ СИСТЕМ У ШКОЛЬНИКОВ КАК ЭЛЕМЕНТ ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Шайхелисламова М.В. 1 Ситдикова А.А. 1 Каюмова Г.Г. 1
1 ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Проведено комплексное исследование функционального состояния симпато-адреналовой системы и коры надпочечников у детей 11–15 лет в зависимости от возраста, пола и периода учебного года на основании показателей суточной экскреции адреналина, норадреналина, 17-кетостероидов и 17-оксикетостероидов, определяемых флюорометрическим и колориметрическим методами. Реализация поставленной цели, которая заключалась в изучении функционального состояния симпато-адреналовой системы и коры надпочечников у школьников 11–15 лет с учетом возраста, пола и периода учебного года, а также выявлении критических периодов напряжения механизмов адаптации в процессе школьного обучения, позволила установить определенный синхронизм в проявлении функциональной активности медиаторного звена симпато-адреналовой системы, андрогенной и глюкокортикоидной функций коры надпочечников с возрастом, при этом отмечен гетерохронный характер их созревания в половых группах – у девочек в 11 и 12, а у мальчиков в 14–15-летнем возрасте. На протяжении учебного года наблюдали изменения экскреции изучаемых гормонов и гормональных метаболитов, имеющие разнонаправленный характер и различную интенсивность в возрастно-половых группах. Показано, что 14 и 15-летний возраст у мальчиков является критическим периодом их развития, характеризующимся напряжением механизмов адаптации – достоверным снижением возрастных показателей экскреции норадреналина и метаболитов половых гормонов на фоне длительного и существенного увеличения суточной экскреции глюкокортикоидов, опасных своим катаболическим влиянием на детский организм, угнетающим действием на реакции иммунитета, функционирование половых желез. У девочек изучаемые показатели изменяются в пределах возрастного диапазона, что указывает на более совершенный характер адаптационных реакций, высокую мобилизационную готовность их организма.
симпато-адреналовая система; кора надпочечников; дети и подростки; периоды учебного года
1. Бабейко Р.В. Состояние физиологических и психофизиологических свойств 16-17-летних школьников при общеобразовательном и инновационном обучении: автореф. дис. ... канд. биол. наук. – Тюмень, 2004. – 22 с.
2. Валеев И.Р. Функциональное состояние коры надпочечников и сердечно-сосудистой системы детей 11-15 лет в процессе адаптации к учебной деятельности: автореф. дис. ... канд. биол. наук. – Казань, 2005. – 19 с.
3. Голиков А.П., Голиков П.П. Сезонные биоритмы в физиологии и патологии. – М.: Медицина, 1973. – С. 5–38.
4. Држевецкая И.А. Эндокринная система растущего организма. – М.: Высшая школа, 1987. – 206 с.
5. Жуковский М.А. Детская эндокринология. – М.: Медицина, 1995. – 665 с.
6. Калюжная Р.А. Физиология и патология сердечно-сосудистой системы детей и подростков. – М.: Медицина, 1973. – С. 118–123.
7. Колб В.Г., Камышников В.С. Справочник по клинической биохимии. – М.: Медицина, 1982. – 296 с.
8. Крылова А.В. Адаптивные реакции сердечно-сосудистой и симпато-адреналовой систем на разных этапах полового созревания // Матер. Междунар. совещ. и IV шк. эволюц. физиологии. – СПб., 2006. – С. 72–75.
9. Меньшиков В.В. Методы клинической биохимии гормонов и медиаторов. – Ч.2. – М.: Медицина, 1974. – С. 5-84.
10. Розен В.Б. Основы эндокринологии. – М.: Высш. шк., 1984. – С. 140-168.
11. Савченко О.Н., Арутюнян Н.А.. Проймина Ф.И. Слабые андрогены, их значение в эксперименте и клинике // Терапевт. журнал им. И.М. Сеченова. 1993. – Т. 79. – № 12. – С. 67–74.
12. Сапронов Н.С. Факмакология гипофизарно-надпочечниковой системы. – СПб.: Спец. лит-ра, 1998. – С. 284–290.
13. Сельверова Н.Б., Филиппова Т.А. Развитие системы нейроэндокринной регуляции. Физиология развития ребенка. – М.: Образование от А до Я, 2000. – С. 82–104.
14. Alexander S.L., Irvine C.H., Donald R.A. Dynamics of the regulation of the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis determined using a nonsurgical method for collecting pituitary venous blood from horses // Frontiers Neuroendocrinol. – 1996. – Vol. 17. – P. 15–50.
15. Arbay O.С., Senocak М.Е., Cahit Т.F. Adrenocortical tumors in children // J. Рediatr. Surg. – 2001. – Vol. 36. – № 4. – Р. 549–554.

Раскрытие закономерностей становления адаптационных систем растущего организма является неотъемлемой частью научного фундамента, лежащего в основе охраны здоровья подрастающего поколения, сохранения его физического и интеллектуального потенциала [1] . Известно, что концепция развивающего обучения, принцип вариативности педагогических технологий реализуется путем внедрения интенсивных обучающих программ, не учитывающих адаптационных возможностей детского организма. Учебные нагрузки действуют, как правило, в прессинговом режиме однонаправленного характера, подавляя возрастную динамику развития физиологических систем, создают у школьников критические состояния напряжения адаптации, дезадаптации и развитие болезни [2, 6].

На каждом этапе онтогенеза происходит созревание именно тех адаптационных механизмов, которые необходимы для обеспечения жизненных функций и оптимального приспособления организма к условиям существования, свойственным данному возрасту. Исключительную роль играют активно взаимодействующие на разных уровнях нервные и гормональные механизмы симпато-адреналовой системы (САС) и гипофизарно-надпочечниковой систем. САС представляет собой нервное звено, необходимое для запуска механизма приспособительных эндокринных реакций [12, 14]. Гипофизарно-надпочечниковая система занимает ключевое положение в механизме перехода срочных адаптивных реакций в полноценное развитие долговременной адаптации. Вместе с тем избыточное количество глюкокортикоидов опасно своим катаболическим влиянием на детский организм, угнетающим действием на лимфоидную ткань, процессы половой дифференцировки и функционирование гонад [10].

Адаптационные реакции детей и подростков отличаются относительной незрелостью и функциональной неустойчивостью, проявляющимися в физиологическом колебании продукции гормонов и медиаторов, изменении чувствительности рецепторного аппарата нервной системы и тканей-мишеней [4]. Особое значение в развитии организма имеет подростковый период с включением сложных механизмов полового созревания [13]. Усиление продукции адреналина (А), норадреналина (НА) и их предшественников, увеличение образования глюкокортикоидов, минералокортикоидов и андрогенов коры надпочечников (КН) вызывает мощный поток симпатической импульсации в различные органы и системы, повышая напряжение и уязвимость детского организма при воздействии внешних неблагоприятных факторов: физического и умственного переутомления, гиподинамии, эмоционального стресса [6]. В связи с этим увеличивается риск перехода физиологической эндокринной перестройки в эндокринные, а также нервно-сосудистые дисфункции подросткового возраста. Несмотря на большое количество литературных данных, посвященных изучению возрастно-половых особенностей функционального созревания САС и КН у детей, они весьма противоречивы [8]. В основном они получены на больных детях [15] и не отражают характера взаимосвязей адаптационных систем в процессе развития и учебной деятельности школьников. Несомненно, что совместное исследование функционального состояния САС и КН у подростков расширит понимание закономерностей становления механизма адаптационных реакций у современных школьников, что весьма существенно для научной основы системы охраны здоровья подрастающего поколения, создания оптимальных условий их обучения и жизнедеятельности.

Учитывая медико-социальную значимость проблемы, была сформулирована цель исследования, направленная на изучение функционального состояния САС и КН у школьников 11–15 лет с учетом возраста, пола и периода учебного года, а также выявление критических периодов напряжения механизмов адаптации в процессе школьного обучения.

Материалы и методы исследования

В исследовании принимали участие мальчики и девочки 11–15-летнего возраста, обучающиеся в средней школе № 1 г. Казани, группы здоровья 1 и 2. Всего было отобрано 52 девочки и 49 мальчиков, наблюдение за которыми вели в течение 6 лет непрерывно.

О состоянии САС судили по содержанию А и НА в суточной моче на основании флуорометрического метода [9].

Состояние КН оценивали по содержанию в моче 17-оксикортикостероидов (17-ОКС), являющихся основными метаболитами кортизола, кортизона и их производных, а также по содержанию 17-кетостероидов (17-КС), 2/3 которых синтезируются из андрогенов адреналовой коры, а 1/3 – из андрогенов гонад [10]. Для количественного определения 17-КС использовали колориметрический метод Н.В. Самосудовой и Ж.Ж. Басс на основе реакции W. Zimmerman в модификации М.А. Креховой [7]. Определение 17-ОКС проводили по методу R.N. Silber, C.C. Porter на основании реакции с фенилгидразином после ферментативного гидролиза [7].

Сбор суточной мочи проводили три раза в течение учебного года, возрастные изменения оценивали по данным октября.

Статистическую обработку полученных данных проводили общепринятыми методами вариационной статистики с применением пакета программ Microsoft Exel Windows 2007. Для оценки достоверности различий использовали Т-тест, основанный на t-критерии Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

Сравнительный анализ состояния САС и КН у детей выявил определенный синхронизм в проявлении их функциональной активности с возрастом (таблица).

Так, достоверный прирост экскреции НА у мальчиков от 13 к 14 г. сопровождается не менее существенным увеличением суточной экскреции 17-ОКС, которое составляет 1,59 мкм/сут (р < 0,05) и, напротив, от 12 к 13 г. данные показатели имеют тенденцию к снижению. У девочек более раннее созревание медиаторного звена САС, сопровождающееся наибольшей суточной экскрецией НА в 10 лет, сочетается с не менее значительным выделением метаболитов глюкокортикодов, которое в 1,33 раза превосходит значения, характерные для 11-летних; от 11 до 12 лет оба показателя увеличиваются (р < 0,05). Функциональная активность медиаторного звена САС у девочек проявляется в более раннем возрасте по сравнению с мальчиками и их сверстницами, обследованными 15–25 лет назад [8], что свидетельствует о преобладании у них нервных механизмов регуляции и считается более оптимальным для поддержания длительного возбуждения физиологических систем в детском возрасте [4]. Вместе с тем выявляются и разнонаправленные изменения изучаемых показателей: наблюдаемая тенденция к снижению экскреции НА у мальчиков в 15 лет и у девочек от 13 к 15 годам не согласуется с резким возрастанием активности андрогенной и глюкокортикоидной функции КН в данном возрасте: прирост суточной экскреции 17-КС и 17-ОКС у мальчиков от 14 к 15 г. составляет 8,85 (р < 0,05) и 2,48 мкм/сут (р < 0,05), а у девочек 6,93 (р < 0,05) и 1,46 мкм/сут соответственно, что указывает на особую роль катехоламинов (КА) и КС в обеспечении адаптационных реакций у детей 11–15 лет. Разнонаправленная динамика установлена в экскреции андрогенов и глюкокортикоидов в группе мальчиков: на фоне поступательного и линейного увеличения 17-КС с возрастом отмечается тенденция к снижению 17-ОКС от 11 к 13 г. Вероятно, это отражает биологический антагонизм андрогенов и глюкокортикоидов, обладающих белково-анаболическим и катаболическим влиянием на организм [5], и свидетельствует о возрастающей роли андрогенов КН и половых желез в регуляции роста [4]. Необходимо отметить и более раннюю активизацию андрогенной функции КН у девочек по сравнению с мальчиками: уже в 12 лет, когда наблюдается достоверный прирост экскреции 17-КС, составляющий 5,03 мкм/сут (р < 0,05) и свидетельствующий о важной роли андрогенов в физическом и половом созревании женского организма [11].

Показатели экскреции катехоламинов, метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов у детей 11-15-летнего возраста, М ± m

Возраст, лет

Показатели

адреналин, мкг/сут

норадреналин, мкг/сут

17-кетостероид, мкм/сут

17-оксикортикостероид, мкм/сут

М

Д

М

Д

М

Д

М

Д

11

7,35 ± 0,45

6,53 ± 0,31

20,58 ± 1,85

*15,70 ± 1,01

18,67 ± 2,62

17,83 ± 1,94

6,76 ± 0,62

5,21 ± 0,41

12

7,38 ± 1,05

6,71 ± 0,53

21,97 ± 1,72

*19,47 ± 1,58

20,42 ± 2,22

22,86 ± 1,32

6,47 ± 0,70

*6,95 ± 0,51

13

6,74 ± 0,35

6,35 ± 0,24

18,04 ± 1,45

18,32 ± 2,01

*25,79 ± 1,45

23,02 ± 1,84

6,00 ± 0,29

6,56 ± 0,87

14

7,71 ± 0,86

6,13 ± 0,35

*23,42 ± 2,00

17,49 ± 1,86

29,19 ± 1,76

*28,31 ± 1,58

*7,59 ± 0,55

6,72 ± 0,79

15

7,61 ± 0,91

5,86 ± 0,30

22,82 ± 1,35

16,71 ± 1,20

*38,04 ± 2,94

*35,24 ± 2,84

*10,07 ± 0,85

8,18 ± 0,78

Примечание. * Различия достоверны при р < 0,05 по сравнению с предыдущим возрастом (М – мальчики, Д – девочки).

Далее был проведен анализ функционального состояния САС и КН на протяжении учебного года, в ходе которого достаточно сложно было учесть долю влияния внутренних и внешнесредовых факторов на детский организм – возрастных тенденций, умственной и физической нагрузок, сезонных колебаний активности нейроэндокринной регуляции, которые взаимосвязаны и взаимообусловливают друг друга. Было установлено, что уровень экскреции изучаемых гормонов и гормональных метаболитов изменяется в течение учебного года, соотношение их функциональной активности различно в возрастно-половых группах (рисунок). Так, у мальчиков до 14-летнего возраста экскреция КА и глюкокортикоидов на протяжении учебного года отличается относительной стабильностью с некоторой тенденцией к возрастанию уровня НА в 11 и 13 лет от октября к маю в отличие от андрогенов, выделение которых, начиная с 12 лет, достоверно увеличивается (за исключением 15-летних), отражая возрастные тенденции становления андрогенной функции КН и активизацию половых желез [2, 5]. Наиболее ярко это выражено у школьников в 14 лет, когда прирост экскреции 17-КС по сравнению с октябрем составляет 10,27 мкм/сут (р < 0,05). Обращает на себя внимание волнообразный характер динамики экскреции метаболитов андрогенов в течение учебного года у мальчиков 12, 13 и 14 лет с уменьшением ее интенсивности в зимний и возрастанием в весенний период (р < 0,05), что, возможно, объясняется сезонными колебаниями функциональной активности надпочечниковых и половых желез и согласуется с представлениями о нейроэндокринных сезонных ритмах [3].

Особого внимания заслуживают мальчики 14 и 15 лет, у которых на фоне возрастного увеличения экскреции НА наблюдается достоверное снижение ее к концу учебного года по сравнению с его началом на 5,09 и 6,02 мкм/сут (р < 0,05) в том и другом возрасте соответственно, что может свидетельствовать, с одной стороны, о повышении активности нервного звена САС в период пубертата, а с другой – о низкой экономичности ее функционирования в процессе учебной деятельности подростков [8]. При этом динамика глюкокортикоидной функции КН имеет противоположный характер: экскреция 17-ОКС, составляющая в начале учебного года у мальчиков 14 и 15 лет 7,59 ± 0,55 и 10,07 ± 0,85 мкм/сут, к концу его увеличивается, превосходя в 1,5 раз свою возрастную планку. Это может указывать на длительное и существенное напряжение в гипофизарно-надпочечниковой системе, которое, как известно, сопровождается резким увеличением содержания кортизола в крови и моче. Несмотря на то, что увеличение глюкокортикоидов – это основная адаптивная реакция организма, повышенный уровень кортизола опасен своим катаболическим влиянием на детский организм, угнетающим действием на лимфоидную ткань и реакции иммунитета [4, 5]. Более того, высокая концентрация кортикостероидов (КС) может вызвать угнетение биосинтеза половых гормонов [5], поэтому не исключено, что именно резкое возрастание экскреции 17-ОКС, наблюдаемое нами у мальчиков 15 лет, приводит к достоверному снижению у них уровня андрогенов, содержание которых в суточной моче составляет в конце учебного года 28,19 ± 2,48 мкм/сут, что достоверно меньше, чем в начале его и в 1,4 раза ниже возрастных показателей 15-летних школьников. Это является крайне неблагоприятным фактом, способным повлиять на перспективу полового созревания мальчиков [4]. Таким образом, 14 и 15-летний возраст у мальчиков может быть выделен в качестве критического периода их развития, характеризующегося напряжением механизмов адаптации, снижением андрогенной функции КН и половых желез.

мpic_79.wmf

дpic_80.wmf

Изменение экскреции катехоламинов, метаболитов андрогенов и глюкокортикоидов у детей 11-15 лет в течение учебного года. Примечание: по оси абсцисс – возраст (лет) и периоды учебного года (о – октябрь; ф – февраль; а – апрель); по оси ординат – У1 – экскреция 17-КС(□), 17-ОКС (■) в мкм/сут; У2 – экскреция А (◊) и НА (▲) в мкг/сут. *– различия достоверны при р < 0,05 по сравнению с предыдущим периодом учебного года

Иная картина у девочек – на всех этапах исследования суточная экскреция НА у них имеет стабильный характер, что в целом согласуется с ее возрастными тенденциями, свидетельствует о высокой мобилизационной готовности организма школьниц, обусловленной, вероятно, более ранним созреванием симпатического звена САС (рисунок). При этом суточная экскреция метаболитов глюкокортикоидов носит выраженный колебательный характер – наблюдается увеличение 17-ОКС от начала к середине учебного года в 11–14-летнем возрасте (р < 0,05) и снижение экскреции их от февраля к маю, наиболее ярко выраженное в 13 и 14 лет (р < 0,05). Вероятно, опасность истощения глюкоркортикоидов на фоне стойких тонических симпатических влияний (увеличение НА), их избыточного катаболического влияния на организм, особенно в период пубертата, предупреждается у девочек 12–14 лет путем временного регуляторного угнетения синтеза гормона (и снижения экскреции 17-ОКС), наблюдаемого в конце учебного года. Это расценивается как важная защитная реакция детского организма, направленная на сохранение адаптационного резерва и повышение общей сопротивляемости [4]. «Линия андрогенов» у девочек довольно стабильна и не совпадает с периодическими колебаниями показателей экскреции глюкокортикоидов. Исключение составляют школьницы 15 лет, у которых изменение экскреции данных гормональных метаболитов приобретает противоположный характер: резкий скачок 17-КС и их высокие значения в течение всего учебного года (в пределах от 35,24 ± 3,10 до 40,28 ± 1,94 мкм/сут) наблюдаются в сочетании с уменьшением экскреции метаболитов глюкокортикоидов – от начала к концу учебного года снижение на 2,04 мкм/сут (р < 0,05). Это согласуется с представлениями об ингибирующем влиянии андрогенов на ферментативные процессы биосинтеза стероидов в надпочечниках. Кроме того, именно андрогены КН могут выступать в качестве регуляторов устойчивой адаптации [11], снижая в данном случае высокий уровень глюкокортикоидов у девочек.

Заключение

Таким образом, проведенное исследование показало, что возрастное развитие и учебная деятельность детей 11–15 лет обеспечивается сложными, взаимообусловленными реакциями САС и КН, направленными на удовлетворение основных адаптационных потребностей растущего организма. Констатируя наличие определенного синхронизма в проявлении функциональной активности изучаемых адаптационных систем, отмечается гетерохронный характер их созревания в возрастно-половых группах, а также разнонаправленная динамика экскреции гормонов и гормональных метаболитов на протяжении учебного года, указывающая на особую роль КА и КС в обеспечении адаптационных реакций у школьников. Выявлены критические периоды в развитии организма мальчиков, характеризующиеся напряжением механизмов адаптации – это 14 и 15-летний возраст, когда наблюдается существенное снижение к концу учебного года возрастных показателей экскреции норадреналина и резкое увеличение суточной экскреции метаболитов глюкокортикоидов, опасных своим катаболическим влиянием на детский организм, угнетающим действием на реакции иммунитета. Отмечается достоверное снижение уровня экскреции половых гормонов, что является крайне неблагоприятным фактором, способным повлиять на перспективу полового созревания мальчиков. У девочек изучаемые показатели изменяются в пределах возрастного диапазона, что указывает на более совершенный характер адаптационных реакций, высокую мобилизационную готовность их организма. Следовательно, учебная деятельность подростков на фоне нейроэндокринных перестроек периода полового созревания приобретает стрессовый характер, подавляя возрастную динамику развития адаптационных систем и физиологических функций организма, тем самым увеличивается риск перехода пубертатных эндокринных перестроек в эндокринные дисфункции подростков. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости мониторинга функционального состояния адаптационных систем у школьников, направленного на предупреждение патологических реакций в растущем организме. Материалы исследования могут быть использованы педагогами и педиатрами для оптимизации учебно-воспитательного процесса с учетом адаптационных возможностей детей и подростков.

Рецензенты:

Ахмадиева Р.Ш., д.п.н., профессор, директор, ГУ «Научный центр безопасности жизнедеятельности детей», г. Казань;

Зиятдинова А.И., д.б.н., профессор кафедры медико-биологических основ физической культуры, г. Казань.

Работа поступила в редакцию 01.07.2013.


Библиографическая ссылка

Шайхелисламова М.В., Ситдикова А.А., Каюмова Г.Г. МОНИТОРИНГ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ АДАПТАЦИОННЫХ СИСТЕМ У ШКОЛЬНИКОВ КАК ЭЛЕМЕНТ ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8-2. – С. 370-375;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31925 (дата обращения: 25.04.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674