Functional Parameters of the Cardiorespiratory System in Individuals with Different Body Mass Index Categories

Full Text

Введение

Сердечно-сосудистая и дыхательная системы являются ключевыми в обеспечении жизнедеятельности организма и поддержании его гомеостаза. Нормальное взаимодействие и функционирование этих систем играет важную роль в поддержании трофики тканей, удалении продуктов метаболизма, обеспечивает насыщение организма кислородом и выведение углекислого газа.

Следует отметить, что в последние годы возросла заболеваемость как со стороны сердечно-сосудистой, так и дыхательной систем. При этом некоторые заболевания (хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), астма, сердечная недостаточность и др.) могут вызывать нарушения в обеих системах одновременно [1]. Учитывая тесную взаимосвязь функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем, общность многих патогенетических механизмов их заболеваний, далее по тексту используем термин «кардиореспираторная система».

Состояние мышечной массы человека и некоторые антропометрические показатели могут зависеть от уровня развития кардиореспираторной системы, а также непосредственно влиять на нее. Так, недостаток кислорода и ухудшение удаления углекислого газа негативно сказываются на развитии и функционировании тканей организма, ухудшая обменные процессы в них¹.

В состоянии покоя кровоток в скелетных мышцах колеблется от 750 до 900 мл/мин (15–20 % от минутного объема крови), при этом количество активных капилляров составляет 20–30 % от их общего числа. Во время физической активности приток крови в мышцы может возрастать до 30 раз (85–90 % от общего объема циркулирующей крови), а число рабочих капилляров увеличивается в 2–3 раза. Поэтому работоспособность мускулатуры напрямую зависит от состояния кардиореспираторной системы².

Исследования, анализирующие совместную деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, доказывают их неразрывную связь в обеспечении нормального функционирования организма в целом. При расчете взаимной спектральной плотности мощности обеих систем выявлено, что у здоровых пациентов их эффективное взаимодействие определяется на основной частоте дыхания (0,3–0,8 Гц). На более высоких частотах взаимодействие ослабевает, так как эффективность альвеолярной вентиляции зависит от количества воздуха, достигающего альвеол, и участвующего в обмене через аэрогематический барьер. Увеличение частоты дыхания свыше 20 раз/мин (тахипноэ) приводит к снижению эффективности газообмена, поскольку количество газов, участвующих в диффузии через альвеолярно-капиллярную мембрану, резко снижается [2].

Для выявления рисков, связанных с избыточным весом или дефицитом массы, в исследованиях чаще всего используют индекс массы тела (ИМТ), известный также как индекс Кетле. Значение ИМТ ниже 18,5 свидетельствует о недостатке веса, в диапазоне 18,5–24,9 – о нормальном весе, 25–29,9 – о предожирении, 30–34,9 – о первом типе ожирения, 35–39,9 – о втором типе ожирения, 40 и выше – о третьем типе ожирения (морбидном) [3].

Таким образом, в нашем исследовании ставилась цель: установить ассоциативную связь между особенностями работы кардиореспираторной системы и телосложением человека.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. Определить ключевые показатели работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем с целью анализа их функционирования.
2. Оценить индекс массы тела и уровень мышечной силы для характеристики антропометрического статуса обследуемых.
3. Определить взаимосвязь между состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем и особенностями телосложения.

Материалы и методы

Исследование проводилось на базе Национального исследовательского Мордовского государственного университета на кафедре нормальной и патологической физиологии с 2023 по 2024 гг.

В исследовании приняли участие 46 студентов 2 курса МГУ им. Н. П. Огарёва в возрасте от 18 до 20 лет. Все респонденты были проинформированы о цели исследования и выразили готовность (согласие) к сотрудничеству. Количество и молодой возраст обследуемых обусловлены проведением научно-практических изысканий среди членов студенческого научного объединения.

При оценке росто-весовых параметров рассчитывался индекс массы тела (ИМТ = масса тела, кг / рост, м²) в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения [3].

Для оценки физического развития по антропометрическим показателям рассчитывалась гармоничность физического развития по методу сигмальных отклонений.

Состояние мышечной массы оценивалось методом динамометрии с использованием механического ручного динамометра.

Особенности функционирования кардиореспираторной системы выявлялись по показателям артериального давления и проведением функциональных проб с задержкой дыхания.

Артериальное давление (АД) определяли при помощи электронного тонометра фирмы «Оmron», значения оценивали согласно клиническим рекомендациям³.

При оценке задержки дыхания использовали функциональную пробу Сообразе. За норму был взят диапазон показателей от 30 до 60 с.

Результаты статистически обработали с помощью программы Microsoft Excel, рассчитывали медиану, 5-й и 95 перцентили. Группы сравнивали с помощью критерия Манна – Уитни, значимыми считали различия при р ≤ 0,05.

Результаты исследования

На основании проведенных исследований участники были разделены на три группы: первая – с нормальным индексом массы тела, вторая – с дефицитом массы тела, и третья – с избыточной массой тела (рис. 1). Количество нормостеников среди обследованных в 2 раза превышало численность гиперстеников (р ˂ 0,05) и в 4,5 раза – астеников (р ˂ 0,01).

На следующем этапе был проведен отдельный анализ каждой группы обследуемых по гармоничности физического развития и силе мышц.

 

Рис. 1. Распределение обследуемых с различным показателем ИМТ

Fig. 1. Distribution of subjects with varying body mass index (BMI) values

Источник: здесь и далее – составлено авторами по собственным результатам.

Source: here and below – compiled by the authors based on their own results.

 

В первой группе (с нормальным показателем ИМТ) можно отметить незначимое преобладание обследуемых с резко дисгармоничным физическим развитием (37 %), при этом доля лиц с гармоничным (33,3 %) и дисгармоничным (29,7 %) развитием средней степени практически равны. Сила мышц у данных обследуемых находится в диапазоне от 15 до 50 (для правой руки), от 15 до 48 (для левой руки), при этом максимальный показатель в группе определялся у обследуемого с дисгармоничным развитием средней степени. Минимальный показатель силы мышц был зафиксирован у обследуемой с дисгармоничным физическим развитием.

Следует отметить, что лица с гармоничным развитием являлись в основном праворукими – 88,9 %.

При измерении АД было установлено, что у большинства обследуемых давление находится в пределах нормы. Стойкая гипотензия (90/60 мм рт. ст.) была зафиксирована у девушки с резко дисгармоничным физическим развитием.

Среднее время задержки дыхания после выдоха было снижено и составило 25,6 с.

Проанализировав показатели второй группы (с недостаточным весом), выявили следующую закономерность: физическое развитие большинства обследуемых было резко дисгармоничным (83,3 %), у остальных – гармоничным (16,7 %).

Сила мышц у данной группы зафиксирована ниже, чем у первой группы, но у обследуемого с гармоничным развитием данный показатель был выше. Артериальное давление в норме, среднее время задержки дыхания ближе к норме – 52 с.

Показатели гармоничности третьей группы (с избыточной массой тела) варьировали от гармоничного до резко дисгармоничного (рис. 2).

 

Рис. 2. Гармоничность физического развития обследуемых с избыточной массой тела

Fig. 2. The harmony of physical development in subjects with excess body mass

 

Значения мышечной силы колебались от высоких по сравнению с первой группой до нормальных и сниженных. При измерении АД было отмечено превышение нормальных показателей у большинства обследуемых третьей группы (75 %). Среднее время задержки дыхания составило 23,3 с, что существенно ниже нормы.

Обсуждение и заключение

В большинстве случаев у обследуемых лиц с дефицитом ИМТ наблюдается резко дисгармоничное развитие. Вместе с тем, у обследуемых с нормальным ИМТ (18,5–24,9) отмечается больший процент гармоничного развития. У обследуемых третьей группы также встречаются случаи дисгармоничного развития, но реже, чем у лиц с дефицитом массы тела.

Сила мышц варьируется в зависимости от группы ИМТ. У обследуемых с дефицитом ИМТ она часто ниже, чем у тех, кто имеет нормальный или избыточный ИМТ.

Сравнительный анализ показателей трех групп обследуемых продемонстрировал, что тип телосложения и гармоничность физического развития связаны с состоянием кардиореспираторной системы. Взаимосвязь дыхательной системы и телосложения человека также является темой различных исследований. Установлено, что у людей с высоким ИМТ часто наблюдаются ограничение подвижности диафрагмы и увеличение сопротивления грудной клетки, что может затруднять дыхание. Так, функциональная остаточная емкость легких (ФОЕЛ) и резервный объем выдоха (РО_выд.) экспоненциально снижаются с увеличением ИМТ. Наибольшие темпы изменения ФОЕЛ и РО_выд. происходят при умеренном ожирении. Морбидное ожирение приводит к тому, что пациенты дышат на уровне, близком к остаточному объему [4]. Ранее была обнаружена значимая отрицательная корреляция легочных функциональных параметров с ИМТ и соотношением талии и бедер [5].

Синдром гиповентиляции при ожирении представляет значительный риск в периоперационных ситуациях, затрудняет проведение интубации, способствует неблагоприятным послеоперационным исходам, в частности, дыхательной и сердечной недостаточности [6].

Естественно, что все эти изменения в кардиореспираторной системе могут отразиться на газовом составе крови. У пациентов с избыточным весом в 30 % случаев наблюдается снижение уровня кислорода в крови, что связано с нарушением соотношения вентиляции и перфузии.  Даже при условиях обильного кровоснабжения легких из-за микроателектазов некоторые альвеолы, получая кровь, не вентилируются. В результате кровь, оттекающая от этих альвеол, оказывается недостаточно насыщенной кислородом, а уровень углекислого газа в ней остается высоким [7].

В наших исследованиях участники с нормальным ИМТ показывают наилучшие результаты в тестах на время задержки дыхания, что может свидетельствовать о лучшем функционировании кардиореспираторной системы. При ожирении для преодоления сопротивления грудной клетки и воздухоносных путей требуется больше энергии на работу дыхательной мускулатуры. Это приводит к утомлению мышц и, как следствие, к одышке. Таким образом, у пациентов с высоким индексом массы тела увеличивается доля кислорода, расходуемая на сокращение инспираторной мускулатуры, и значительная часть кислорода не участвует в метаболических процессах [8].

Данные литературы о разных возрастных и профессиональных группах также показывают общую закономерность влияния телосложения на функциональную способность дыхательной системы [5–7]. Однако корреляция между ИМТ и, например, временем задержки дыхания, на наш взгляд, может быть сложной и зависит от множества факторов, включая возраст, пол, уровень физической активности и наличие сопутствующих заболеваний.

Известно, что артериальное давление является ключевым показателем гемодинамики. Существенные колебания его уровня, как в сторону повышения, так и в сторону понижения, могут служить предвестниками различных сердечно-сосудистых заболеваний, что представляет опасность для здоровья и жизни [3; 9].

В литературных данных имеется информация о том, что вероятность нарушений кардиореспираторной системы больше у людей с избыточным весом. Так, например, риск развития гипертонии выше в группе лиц с ожирением. В исследовании обозначено, что у таких пациентов вероятность развития артериальной гипертензии ассоциируется с критериями ожирения, особенно со значением ИМТ [9].

При проведении ретроспективного анализа 603 медицинских освидетельствований моряков также была выявлена взаимосвязь индекса массы тела и артериального давления. ИМТ положительно коррелировал (p < 0,01) как с систолическим артериальным давлением (САД) (r = 0,336), так и с диастолическим артериальным давлением (ДАД) (r = 0,344). Около 39 % испытуемых были прегипертензивными, 16,6 % – гипертензивными. Риск предгипертензии и гипертензии был выше у лиц с избыточным весом и ожирением [10]. При этом более сильная корреляционная связь выявлена между массой тела и САД, тогда как корреляция между массой тела и ДАД менее выражена [11].

Также важным прогностическим фактором является снижение АД. По рекомендациям XXI Европейского кардиологического конгресса были установлены границы артериальной гипотензии. У лиц молодого возраста (до 25 лет) АД должно составлять ≥ 100/60 мм рт. ст. Согласно рекомендациям НИИ неврологии РАМН, артериальное давление, уровень которого ниже 105/65 мм рт. ст., позволяет отнести пациентов в группу риска с возможным нарушением кровоснабжения мозга [3; 12].

Наши исследования показали, что существует ассоциативная связь между индексом массы тела и уровнем артериального давления. С увеличением ИМТ увеличивается и артериальное давление, что соответствует данным литературы [11; 12]. Ожирение может влиять на артериальное давление через несколько механизмов: увеличение объема циркулирующей крови, повышение сопротивления сосудов, изменения в гормональном фоне и т. д. [7; 9; 10]. Данная закономерность играет важную роль в установлении взаимосвязи степени кровоснабжения и оксигенации у лиц с разным типом телосложения, что обуславливает практическую ценность проведенного исследования.

 

¹ Подоксенов Ю. К., Рязанцева Н. В., Зима А. П. Патофизиология нарушений кислотно-основного состояния : учебн. пособие. Томск : Изд-во СибГМУ, 2013. 84 c.

² Кровоснабжение мышц. Интенсивность кровотока в сосудах мышц. Миогенная, гуморальная регуляция кровотока в мышцах [Электронный ресурс] // МедУнивер : офиц. сайт. URL: https://meduniver.com/Medical/Physiology/400.html (дата обращения: 15.01.2025).

³ Артериальная гипертензия у взрослых. Клинические рекомендации 2024. 220 с. [Электронный ресурс]. URL: https://scardio.ru/content/Guidelines/2024_AG.pdf (дата обращения: 15.01.2025).

 

About the authors

Dina G. Sedova

National Research Mordovia State University

Author for correspondence.
Email: sedova_dg@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-7992-3202
SPIN-code: 9349-1268

Cand.Sci. (Biol.), Associate Professor of the Department of Normal and Pathological Physiology

Russian Federation, 68 Bolshevistskaya St., Saransk 430005

Natalia A. Melnikova

National Research Mordovia State University

Email: n_melnicowa@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-3664-7881
SPIN-code: 3749-1594
Scopus Author ID: 56966365800

Cand.Sci. (Biol.), Associate Professor of the Department of Normal and Pathological Physiology

Russian Federation, 68 Bolshevistskaya St., Saransk 430005

Anastasia Yu. Shukaeva

National Research Mordovia State University

Email: shukaevaanastasia@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-8334-7038

Student of the Medical Institute

Russian Federation, 68 Bolshevistskaya St., Saransk 430005

References

Supplementary files