CC BY
14
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ББК К 74.04(2Рос-6Хан)+К 54.10 УДК 371+612.176 И 37
М.А. ПОПОВА, А.Э. ЩЕРБАКОВА, А.А. ГОВОРУХИНА, Р.М. С АФИН
M.A. POPOVA, A.E. SCHERBAKOVA, A.A. GOVORUKHINA, R.M. SAFIN
ИЗМЕНЕНИЕ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У СТУДЕНТОВ ПРИ СМЕНЕ УРОВНЯ УЧЕБНЫХ НАГРУЗОК В УСЛОВИЯХ ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ТЕРРИТОРИИ ХМАО - ЮГРЫ
CHANGE OF STUDENTS * HEARTRATE WHEN CHANGING THELEVEL OFACADEMIC LOAD DURING INTRODUCTION OFINNOVATIVE EDUCATIONAL SYSTEM IN KHANTY- MANSIISKY AUTONOMOUS OKRUG
Изучены временные и спектральные показатели сердечного ритма методом кардиоритмограммы при 5-минутной записи в состоянии покоя у студентов в период семестровых занятий и во время аттестационной недели. Установлено снижение общей спектральной мощности, выраженная активация симпато-адреналовой системы, увеличение вклада медленных и очень медленных колебаний в структуру спектральной мощности и снижение реактивности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы у студентов в период аттестационной недели.
The article investigates the temporal and spectral indexes of heart rate expressed in cardiorategrams of a 5 minutes' record of calm state of students during ordinary classes and an assessment week. The research fixed decrease in general spectral power, distinct activation of sympathoadrenal system, increase of slow and very slow vibration in the structure of spectral power and decreasing reactivity of parasympathetic section of vegetative nervous system of students during an assessment week.
Ключевые слова: вариабельность ритма сердца, студенты, инновационная образовательная система.
Key words: heart rate variability, students, innovative educational system.
Сердечно-сосудистая система участвует практически в любом адаптационном процессе организма как неотъемлемое звено целостной физиологической реакции. Универсальной реакцией организма в ответ на действия внешней и внутренней среды, отражающей результат многочисленных регу-ляторных влияний на сердечно-сосудистую систему, является показатель вариабельности сердечного ритма [15; 16; 17]. Ритм сердца при этом подходе рассматривается не только как показатель функции ритмовождения синусового узла, но, в большей степени, как интегральный маркер состояния множества систем, обеспечивающих гомеостаз организма [4; 8].
На период обучения в высшем образовательном учреждении приходится завершающий этап биологического и социального созревания человека [1]. Современный учебный процесс предъявляет учащимся большие физиологические и психологические требования, часто превышающие функциональные возможности организма [5; 12; 14].
Следовательно, проблема оценки реакции организма лиц молодого возраста на фактор учебных нагрузок [2; 3], инновационной образовательной системы в условиях неблагоприятного климата занимает одно из ведущих мест в задачах возрастной физиологии. Это обусловлено тем, что структуры, формирующие вегетативный статус, в этот возрастной период достаточно лабильны и подвержены корригирующим воздействиям.
Целью данного исследования являлось изучение временных и спектральных характеристик сердечного ритма организма студентов в период семестровых занятий и во время аттестационной недели.
Материалы и методы исследования.
Объектом стали студенты Сургутского государственного педагогического университета. Общее число обследованных составило 92 человека (58 юношей и 34 девушки). С 2004 года в СурГПУ реализуется эксперимент по организации учебного процесса на основе кредитно-зачетной системы единиц, требующей четкой организации самостоятельной работы студентов, асинхронного учебного процесса и внедрения бессессионной системы обучения. В университете внедряются современные подходы к организации обучения: модульная и информационная технологии, рейтинговая система контроля качества знаний, проектные методы, методы проблемного обучения. Повышенное внимание к новым педагогическим технологиям активизирующего типа связано и с тем, что с 2001 года университет является экспериментальной площадкой Российской академии образования по внедрению форм лич-ностно ориентированного профессионального образования.
Обследование проводили в период семестровых занятий (СЗ) и в период аттестационной недели (АН). Все студенты были отнесены к 1 и 2 группам здоровья и не имели жалоб на состояние здоровья в момент исследования.
Для оценки вегетативной регуляции сердечного ритма использовали показатели временного (статистического) и частотного (спектрального) анализа ВРC при 5-минутной записи кардиоритмограммы (КРГ). Анализ осуществляли в соответствии с рекомендациями стандарта «Вариабельность ритма сердца. Стандарт измерения, физиологической интерпретации и клинического исследования», принятого в 1996 году Европейским кардиологическим обществом и Североамериканским обществом электростимуляции и электрофизиологии [19].
Запись и анализ производили в первой половине дня с помощью аппаратно-программного комплекса «Поли-Спектр-8» компании Нейрософт г. Иваново. После наложения электродов сигнал, поступивший в компьютер, представлялся в реальном масштабе времени, что удобно для контроля качества КРГ, правильности наложения электродов и визуального наблюдения.
Регистрация КРГ осуществлялась в исходном положении лежа в течение 5 минут. Скорость записи составляла 50 мм/сек и производилась в 12 отведениях: 3 стандартных двухполюсных отведениях, 3 усиленных отведениях от конечностей по Гольбергу и 6 грудных однополюсных отведениях по Вильсону (усиленные отведения от конечностей дополняли стандартные отведения).
Для статистического анализа вариабельности сердечного ритма использовали следующие показатели:
Средняя длительность интервалов R-R - RRNN, мс.
Стандартное отклонение интервалов R-R - SDNN, мс. Этот показатель является наиболее информативным в определении ВРС в целом и зависит от влияния на синусовый узел симпатического или парасимпатического отделов ВНС. Увеличение или уменьшение этого показателя свидетельствует о смещении вегетативного баланса в сторону преобладания одного из ее отделов. В свою очередь значение SDNN не позволяет достоверно судить о влиянии на ВРС каждого из отделов вегетативной нервной системы в частности [18].
Квадратный корень из среднеарифметического значения квадрата разности длительностей последовательных интервалов R-R - RMSSD, мс.
Доля соседних интервалов R-R, которые различаются более чем на 50 мс - pNN50, %.
Коэффициент вариации ряда интервалов R-R (С^:
СУ = SDNN : RRNN•100 (%),
где: SDNN - стандартное отклонение интервалов R-R, мс;
RRNN - средняя длительность интервалов R-R, мс.
Спектральный анализ ритма сердца заключался в идентификации его волновой структуры и рассчитывался по ряду следующих показателей:
TP (мс2) - полная мощность спектра колебаний кардиоритма в диапазоне 0,003 до 0,4 Гц. Она отражает суммарную активность вегетативного воздействия на кардиоритм: активация вагуса приводит к увеличению значения ТР, повышение активности симпатической нервной системы - к обратному эффекту.
VLF (мс2, %) - мощность спектра в диапазоне очень низких частот (0,003-0,04 Гц), характеризующая влияние высших вегетативных центров на сердечно-сосудистый подкорковый центр; может использоваться в качестве надежного маркера степени связи автономных (сегментарных) уровней регуляции системы кровообращения с надсегменторными, в том числе с гипота-ламо-гипофизарным (гуморально-метаболический уровень) и корковым (цен-тально-эрготропный) уровнями [11].
LF (мс2, п.ы, %) - мощность спектра в диапазоне низких частот (0,040,15 Гц), отражающая, преимущественно, колебания активности симпатического регуляторного звена сердечного ритма (хотя и имеющая смешанное симпато-парасимпатическое происхождение) и связанная с системой регуляции артериального давления.
HF (мс2, п.ы, %) - мощность спектра в диапазоне высоких частот (0,150,4 Гц), отражающая вагусный контроль сердечного ритма (колебания активности парасимпатической нервной системы) и связана с актом дыхания.
LF/HF - отношение низкочастотной составляющей спектра к высокочастотной: это соотношение условно характеризует процентный вклад симпатических и парасимпатических влияний на автономную регуляцию ритма сердца: его увеличение свидетельствует о симпатизации сердечного ритма, уменьшение - об обратном эффекте.
Измерение мощности очень низких частот (VLF), низких частот и высоких часто (HF) обычно осуществляется в абсолютных единицах мощности (мс2), но HF- и LF-компоненты могут быть дополнительно выражены в нормализованных единицах, которые отражают относительный вклад каждого из компонентов в пропорции к общей мощности за вычетом VLF-компонента.
Систематизация материала и статистические расчеты проводились с помощью пакетов статистических программ <^аМюа 6.0» и «Биостатистика 4.03». При анализе таблиц сопряженности использовали критерий %2 - хи-квадрат и г-критерий. Для оценки межгрупповых различий использовался ранговые непараметрические критерии Вилкоксона и Мана-Уитни. Анализ взаимосвязей переменных осуществлялся методом линейного корреляционного анализа Пирсона (г) и ранговой корреляции Спирмена (г5) [9].
Результаты собственных исследований.
Взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы и гуморальных и рефлекторных влияний обеспечивает координирующую функцию и достижение оптимальных результатов в плане адаптации к изменяющимся условиям внутренний и внешней среды. Индикатором этих отклонений служит ритм сердца (РС) [6].
Результаты оценки нейрогуморальной регуляции при воздействии сресс-стимула с помощью метода математического анализа ВРС, который по своим возможностям превосходит традиционные функциональные пробы [7], представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели временного анализа ВРС студентов в период семестровых занятий и во время аттестационной недели, M±m
Показатели Девушки (п=34) Юноши (п=58) (Р3) (Р4)
СЗ АН (Р1) СЗ АН (Р2)
RRNN, мс 954,58± 37,15Л 853,14± 28,87 0,04 954,95± 16,69 914,29± 20,18 0,12 0,99 0,09
SDNN, мс 266,12± 45,05* 226,43± 59,20*** 0,10 168,05± 20,14ллл 76,61± 5,17 0,000 0,02 0,000
RMSSD, мс 368,38± 64,93* 305,29± 85,86*** 0,56 217,14± 30,85ллл 74,85± 8,21 0,000 0,02 0,000
pNN50,°/o 46,02± 4,71 34,09± 6,59 0,15 41,89 ±2,97 35,31± 4,01 0,19 0,45 0,87
26,35± 3,59* 24,88± 6,11*** 0,84 17,32± 1,99ллл 8,19± 0,46 0,000 0,02 0,000
Примечание: здесь и в таблице 2 - Л р<0,05; лл р<0,01; ллл р<0,001 - достоверность различий между группами студентов в период семестровых занятий (СЗ) - Р1 и во время аттестационной недели (АН) - Р2 в одной половой группе; * р<0,05; ** р<0,01; *** р<0,001 - достоверность различий между юношами и девушками в СЗ - Р3 и во время АН - Р4.
Показатели временного анализа ВРС указывали на достоверное увеличение значения RRNN у девушек в течение аттестационной недели (р=0,04), у юношей достоверно изменялись значения SDNN (р=0,000), RMSSD (р=0,000) и ^ (р=0,000), увеличиваясь в период АН.
Анализ достоверных отличий средних временных значений ВРС позволил установить различия между юношами и девушками при различном уровне учебных нагрузок. Так, в стабильный период обучения отмечались достоверные отличия по показателям SDNN (р=0,02), RMSSD (р=0,02) и ^ (р=0,02). Период аттестационной недели характеризовался отличиями по аналогичным показателям, но с большими значениями достоверностей (р=0,000, р=0,000 и р=0,000 соответственно).
Показатели спектрального анализа ВРС (табл. 2) также изменялись в зависимости от уровня предъявляемых учебных нагрузок: отмечено достоверное снижение ТР (р=0,02), VLF (р=0,04) и HF (р=0,03) у девушек во время АН; у юношей, в свою очередь, отмечалось увеличение LF (п.и) (р=0,01), HF (п.и) (р=0,01) и LF/HF (р=0,000).
Анализируя средние значения показателей ВРС, в аттестационный период у юношей и девушек был отмечен ряд отличительных особенностей, который характеризовался более высокими значениями у юношей LF (п.и) (р=0,007), HF (п.и) (р=0,007) и LF/HF (р=0,02) - в период СЗ и ТР (р=0,002), VLF (р=0,001), LF (р=0,001) и LF/HF (р=0,02) - во время экзаменационной недели.
Представленные результаты позволяют сделать заключение о том, что динамика показателей ВРС в период ЭН указывала на стабилизацию регуляции сердечного ритма с переходом ее с рефлекторно вегетативного уровня на более низкий - гуморально-метаболический, который в меньшей мере способен обеспечивать адекватный гомеостаз.
Таблица 2
Показатели спектрального анализа ВРС студентов в период семестровых занятий и во время аттестационной недели, M±m
Показатели Девушки (п=34) Юноши (п=58) (Р3) (Р4)
СЗ АН (Р1) СЗ АН (Р2)
TP, мс 4591,45± 599,52Л 2763,75± 459,69** 0,02 5111,03± 453,47 4916,39± 394,95 0,75 0,51 0,002
VLF, мс 2262,31± 649,79л 860,75± 144,32** 0,04 1897,98± 197,90 1453,32± 100,06 0,05 0,49 0,001
LF, мс 1475,92± 390,88 971,25± 169,65** 0,24 2322,93± 281,00 1775,22± 138,18 0,08 0,09 0,001
мс 2094,55± 401,74л 1056,75± 246,02 0,03 2455,90± 291,44 1820,20± 291,83 0,13 0,48 0,11
LF, п^ 33,02± 2,30** 40,81± 3,35 0,06 41,43± 1,76л 50,21± 2,88 0,01 0,007 0,06
п^ 66,98± 2,30** 59,19± 3,35 0,06 58,57± 1,76л 49,79± 2,88 0,01 0,007 0,06
LF/HF 0,55± 0,06* 0,78± 0,12* 0,09 0,79± 0,06ллл 1,27± 0,12 0,000 0,02 0,02
Структура спектральной мощности, представленная на рисунке 1, изменялась в зависимости от уровня предъявляемых учебных нагрузок: отмечена тенденция к снижению вклада быстрых волн с 48 до 41% у девушек и с 43 до 36% у девушек, что указывало на снижение парасимпатических влияний на РС в период АН.
СЗ АН
У1_Р 1_Р НР VLF LF HF
Рис. 1. Соотношение вкладов различных частотных компонентов спектра ВРС в общий спектр а - у девушек и б - у юношей в СЗ и во время АН, %
Таким образом, снижение общей спектральной мощности, выраженную активацию симпато-адреналовой системы, увеличение вклада медленных и очень медленных колебаний в структуру спектральной мощности и снижение реактивности парасимпатического отдела ВНС можно трактовать как ухудшение текущего функционального состояния и снижение адаптационных резервов организма вследствие стресса.
Литература
1. Безруких, М.М. Возрастная физиология [Текст] / М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, Д.А. Фарбер. - М.: ИЦ «Академия». - 2002. - 416 с.
2. Дмитриев, Д.А. Влияние экзаменационного стресса и психоэмоциональных особенностей на уровень артериального давления и регуляцию сердечного ритма у студенток [Текст] / Д.А. Дмитриев, А.Д. Дмитриев, Ю.Д. Карпенко, Е.В. Саперова // Физиология человека. - 2008. - Т. 34. - № 5. - С. 89-96.
3. Зарипов, В.Н. Изменение показателей кардиоинтервалографии и вариабельности ритма сердца у студентов с разным типом темперамента во время экзаменационной недели [Текст] / В.Н. Зарипов, М.О. Баринова // Физиология человека. - 2008. - Т. 34. -№ 4. - С. 73-79.
4. Крысюк, О.Н. Возрастные, типологические и индивидуальные особенности биоэлектрической активности миокарда в автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 7-11 лет [Текст]: автореф. дис... к.б.н. / О.Н. Крысюк. - Москва, 2007. - 20 с.
5. Минаков, Э.В. Качество жизни больных с фибрилляцией предсердий [Текст]: монография / Э.В. Минаков, С.А. Ковалев, В.Н. Белов. - Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 2005. - 110 с.
6. Михайлов, В.М. Вариабельность сердечного ритма: опыт практического применения метода [Текст] / В.М. Михайлов. - Иваново: ИГМА. - 2002. - 290 с.
7. Ноздрачев, А.Д. Современные способы оценки функционального состояния автономной (вегетативной) нервной системы [Текст] / А.Д. Ноздрачев, Ю.В. Щербатовых // Физиология человека. - 2001. - Т. 27. - № 6. - С. 62-64.
8. Подпалов, В.П. Прогностическое значение параметров вариабельности сердечного ритма как фактор риска развития артериальной гипертензии [Текст] / В.П. Подпалов,
A.Д. Деев, В.П. Сиваков и др. // Кардиология. - 2006. - № 1. - С. 39-42.
9. Токмачев, М.С. Математическая статистика в медицине [Текст] / М.С. Токмачев,
B.А. Медик. - М.: Финансы и статистика, 2007. - 800 с.
10. Щербатых, Ю.В. Вегетативные проявления экзаменационного стресса [Текст]: авто-реф. дис... д.б.н. [Текст] / Ю.В. Щербатых. - СПб, 2001. - 32 с.
11. Deal, B.J. Surgery for arrhythmias in children [Text] / B.J. Deal, C. Mavroudis, C.L. Backer // J. Cardiol. - 2004. - № 97. - P. 39-57.
12. Garde, A.N. Effects of mental and physical demands on heart rate variability during computer work [Text] / A.N. Garde, B. Laursen, A.N. Jorgensen, B.R. Jensen // Eur. J. Appl. Physiol. - 2002. - № 87 (4-5). - P. 456-461.
13. Hjortskov, N. The effect of mental stress on heart rate variability and blood pressure during computer work [Text] / N.D. Hjortskov, Rissen, A.K. Blangsted et. al. // Eur. J. Appl. Phyaiol. - 2004. - V. 92. - № 1-2. - Р. 84.
14. Hoffman, R. The effect of acute stress on subsequent neuropsychological test performance (2003) [Text] / R. Hoffman, Al'Absi M // Arch. Clin. Neuropsychol. - 2004. - V. 19. -№ 4. - Р. 322.
15. Kaufman, C.L. Relationships between heart rate variability, vascular function and adiposity in children [Text] / C.L. Kaufman et. all // Clin. Auton. Res. - 2007. - Vol. 17 (3). - P. 165-171.
16. Kazuma, N. Heart rate variability in normotensive healthy children with aging [Text] / N. Kazuma, K. Otsuka, K. Wakamatsu et. all. // Clin. Exp. Hypertens. - 2002. - Jan-Feb. -24 (1-2). - P. 83-89.
17. Kleiger, R.E. Heart rate variability: measurement and clinical utility. Annals of Noninvasive Electrocardiology [Text] / R.E. Kleiger, P.K. Stein, J.T. Bigger. - 2005. - № 10. - P. 88-101.
18. Sinnreich, R. Five minute recordings of heart rate variability for population studies: repeatability and age-sex characteristics [Text] / R. Sinnreich, J.D. Kark, Y. Friedlander. - Heart. -1998. - № 80. - P. 156-162.
19. Task Force of the European Society of Cardiology the North American Society of Pacing Electrophysiology. Heart Rate Variability Standards of Measurement, Physiological Interpretation, and Clinical Use. Circulation, 1996. - P. 1043-1065.
