CC BY
141
В статье представлены результаты исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы организма студентов, родившихся и проживающих в условиях приполярного региона. Показано, что в период «биологической тьмы», протекающий на фоне низких температур, у студентов одновременно активизируются и симпатический, и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы (ВНС). Подобная динамика вегетативных показателей свидетельствует о снижении функциональных резервов и напряжении регуляторных механизмов организма испытуемых в этом наиболее неблагоприятном сезоне года.
Ключевые слова: студенты, вариабельность сердечного ритма, вегетативная регуляция, вегетативный индекс Кердо, индекс Руфье, адаптационный потенциал.
УДК [612.172.2:613.13]:612.017.2
адаптивные возможности организма студентов в период «биологической тьмы»
© 2007 г. Т. С. Копосова, С. Н. Чикова, А. Е. Чиков
Поморский государственный университет им. М. В. Ломоносова, г. Архангельск
Условия приполярного региона, в котором расположен г. Архангельск, характеризуются природной экстремальной активностью. Суровость климата определяется в основном длительным периодом термальных стрессов, резким фотопериодизмом (от светового голодания в период «биологических сумерек» и «биологической тьмы» до избытка инсоляции во время «белых ночей»), а также резкими перепадами атмосферного давления, низких температур и высокой влажности воздуха, магнитными бурями. Комплекс неблагоприятных природноклиматических, антропогенных и социальных факторов приполярного региона формирует выраженное напряжение основных регуляторных систем организма [5, 6, 7, 8].
Поэтому изучение механизмов адаптации, резервных возможностей организма человека при действии экстремальных факторов приполярного региона в процессе трудовой деятельности, в том числе и в процессе обучения в вузе, является одной из важнейших биологических проблем, тесно сопряженных с пониманием общих закономерностей поддержания и восстановления вегетативного гомеостаза организма.
Обучение в вузе относится к категории умственного труда (4-я группа по классификации 3. М. Золиной и соавт., 1983) и отличается рядом особенностей [1, 2, 9, 13, 14, 15]. У студентов умственная деятельность определяется процессом обучения и заключается в усвоении все возрастающего объема учебного материала, т. е. в накоплении знаний и развитии интеллектуальной сферы при постоянном дефиците времени. Суммарная продолжительность рабочего времени студента (и в вузе, и дома) в среднем составляет 9—11 часов в день, а в отдельные периоды, например в экзаменационные сессии, может возрасти до 12-15 часов [3, 10, 11, 16, 17].
Студенты составляют особую социальную группу населения не только по возрасту, специфическим условиям труда, быта и отдыха, но и потому, что они относятся к группе повышенного риска вследствие высокого и длительного психоэмоционального напряжения [2, 9, 15,
19, 21].
Умственная деятельность студента, как правило, протекает на фоне выраженного эмоционального напряжения, которое значительно выше, чем у их сверстников из других социальных групп [3, 13, 19]. Такое напряжение обусловлено необходимостью одновременного изучения многих сложных дисциплин за относительно короткий срок, большим количеством контрольных работ, зачетов и экзаменов, которые надо сдать студенту за годы обучения [12, 18, 21, 23].
Известно, что умственный труд сопровождается функциональными изменениями в деятельности сердечно-сосудистой, эндокринной и нервной систем. Это обусловливает нервно-эмоциональное напряжение,
приводящее к нарушению систем адаптации, что, в свою очередь, приводит к утомлению, переутомлению, нарушению здоровья в их доклинических формах [1, 14, 16, 18].
Как справедливо отмечают Н. А. Агаджанян и соавт. [1, 2], исследователи до сих пор еще уделяют недостаточно внимания изучению особенностей адаптивных сдвигов в организме студентов по сравнению с их сверстниками из других социальных групп.
Целью настоящей работы явилось изучение адаптивных возможностей организма студентов в периоды наиболее сложных климатических условий, характерных для приполярного региона, - в период «биологической тьмы», протекающий на фоне термальных стрессов. Именно в этом периоде происходит резкая десинхронизация всех биологических ритмов организма, а следовательно, в организме развивается напряжение механизмов регуляторных гомеостатических систем.
Во многих исследованиях, в которых участвовали взрослые люди, доказано, что универсальным индикатором компенсаторно-приспособительной деятельности организма являются функциональные показатели сердечно-сосудистой системы, по которым можно прогнозировать не только его функциональное состояние, но и дальнейшее развитие заболеваний [4, 8, 10]. Средняя частота сердечных сокращений отражает конечный результат многочисленных регуляторных влияний на систему кровообращения и характеризует сложившийся в процессе адаптации уровень гомеостаза [3, 4, 5, 8, 10, 20]. Исследование вариабельности сердечного ритма (ВРС) у человека относится к числу актуальных проблем физиологии, так как врС является наиболее информативным и распространенным методом оценки состояния автономной регуляции сердечного ритма, маркером активности вегетативной нервной системы (ВНС) и оценки состояния регуляторных систем организма в целом. Ритм и сила сердечных сокращений, регулируемые парасимпатическим и симпатическим отделами ВНС, очень чутко реагируют на любые воздействия окружающей среды [4, 5, 9, 21, 22, 23].
Методика
обследовано 86 студенток третьего и четвертого курсов естественно-географического факультета Поморского государственного университета, родившихся и проживающих в Архангельской области и добровольно согласившихся участвовать в эксперименте. все они на момент обследования были здоровы, не имели обострений хронических заболеваний и не состояли на учете у кардиолога. Возрастной интервал
— от 18 до 22 лет. В начале учебного года проводилось предварительное исследование функционального состояния студенток. На второе обследование — в период «биологической тьмы» (ноябрь — декабрь) были приглашены те же лица.
основные показатели кардиогемодинамики испытуемых регистрировались с помощью программно-
аппаратного кардиоинтервало-графа «ВНС-спектр» («НейроСофт», г. Иваново, Россия). Регистрацию показателей сердечной деятельности проводили как в состоянии покоя, так и на функциональную пробу (ортостатическая). Продолжительность записи сердечного ритма в состоянии покоя составляла
5 минут. Время записи ортостатической пробы —
6 минут. Обработка результатов проводилась с помощью пакета компьютерных программ. В работе анализируются основные показатели временного и спектрального анализа сердечного ритма: средняя длительность интервала сердечного ритма (RRNN) и стандартное отклонение величин нормальных интервалов RR (SDNN). Изменение величин SDNN свидетельствует о смещении вегетативного баланса в сторону преобладания одного из отделов вегетативной нервной системы. оценку и интерпретацию показателей ВРС проводили по общей мощности спектра (ТР), балансу отделов вегетативной нервной системы, определяемого по соотношению низкочастотных (LF) и высокочастотных (HF) колебаний частоты сердечных сокращений [4, 12]. Важно отметить, что все записи и оценка показателей вариабельности ритма сердечной деятельности, используемые в компьютерном сопровождении «ВНС-спектра», выполнены в соответствии с «Международным стандартом», предложенным Североамериканским обществом электрофизиологов и Европейским обществом кардиологов в 1996 году [24]. Регистрация величин артериального давления крови производилась аускультативным методом
Н. С. Короткова. Перед регистрацией ритма сердечной деятельности у каждой испытуемой определяли длину и массу тела, рассчитывался индекс массы тела (ИмТ).
Из разнообразных методов определения адаптационной способности организма в наших условиях наиболее доступным и информативно-показательным является расчетный метод, впервые предложенный Р М. Баевским [4] для определения адаптационного потенциала (АП) организма у космонавтов по основным параметрам функционального состояния сердечно-сосудистой системы — частоте сердечных сокращений (ЧСС), величинам систолического (СД) и диастолического (ДД) артериального давления крови. Известно, что именно эти показатели гемодинамики являются универсальными индикаторами адаптационных процессов в организме, по которым можно прогнозировать не только его функциональное состояние, но и дальнейшее развитие его основных функциональных систем [4].
Дополнительно к показаниям «ВНС-спектра» производилась оценка резерва функций сердечнососудистой системы по индексу Руфье (ИР) [17]. оценка вегетативных влияний на функциональное состояние миокарда осуществлялась по индексу Кердо (ВИК) [7].
Математическая обработка данных проведена с использованием пакета прикладных программ Microsoft
Excel. Количественные различия между средними значениями оценивались по t-критерию Стьюдента. Различия между средними величинами считались достоверными при p < 0,05.
Результаты и обсуждение
Результаты исследования обнаружили значительную неоднородность функциональных и расчетных показателей, установленную в периоды исследования. Полученные нами данные приведены в таблице.
Динамика показателей адаптивных возможностей и вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы организма студенток в периоды обследования (М ± т)
Показатель В период сентября В период «биологической тьмы»
Масса тела, кг 56,49±1,06 56,15±1,69
ИМТ, усл. ед. 20,40±0,34 20,59±0,59
ЧСС, уд./мин. 84,21±2,73 75,69±1,58*
СД, мм рт. ст. 112,95±0,76 113,34±1,86
ДД, мм рт. ст. 71,42±1,07 73,32±0,97
АП, балл. 2,30±0,22 2,44±0,47
ИР, усл. ед. 88,44±2,38 95,01±2,25*
ВИК, усл. ед. 7,03±2,85 1,92±0,59*
SI, усл. ед. 96,37±7,57 109,52±18,42*
RRNN, мс 813,89±16,61 781,75±20,66*
SDNN, мс 68,68±4,22 49,43±4,82**
ТР, мс2 6378,99±769,74 5П8,94±524,26***
LF, мс2 1804,05±234,45 1374,59±94,26***
HF, мс2 2484,79і405,72 2034,21±365,55***
LF/HF 1,64±0,39 1,12±0,23*
VLF, мс2 2090,15±273,45 1707,22±199,21**
VLF, % 35,61±1,86 33,19±1,82*
К30/15 1,27±0,04 1,21±0,02
Примечание. Достоверность различий: * - p < 0,05; ** - p < 0,01; *** - p < 0,001.
Как показали наши исследования [11] ранее, наиболее оптимальные показатели сердечно-сосудистой системы отмечались у студентов в осенний период года. В пилотном исследовании, проведенном нами в начале учебного года, участвовали студентки третьего и четвертого курсов. Сравнительный анализ основных показателей функционального состояния сердечно-сосудистой системы обследуемых не выявил статистически достоверных различий. Так, например, ТР составлял (6 269 ± 467) мс2 у третьекурсниц и (6 446 ± 716) мс2 у четверокурсниц. В ортостазе ТР снизился до (3 934 ± 167) и ( 3 961 ± 365) мс2 соответственно ^-критерий различий в показателях между студентами двух курсов находится в пределах от 0,4 до 1,5). Реакция на функциональную (ортостатическую) пробу у студенток обоих курсов также идентична и проявляется в снижении HF с (1 748 ± 272) до (578 ± 69) мс2 ^ = 3,26) у третьекурсниц и с (1 926 ± 386) до (642 ± 112) мс2 ^ = 3,7) у студенток четвертого курса. Относительная мощность сверхнизких частотных колебаний ритма сердца %), отражающая активность надсегментарных структур мозга [ 12, 20, 21], у обследуемых студенток третьего и четвертого курсов почти одинакова и со-
ставляет в состоянии покоя (38,96 ± 2,39) и (37,88 ± 2,30) % и в ортостазе (41,97 ± 2,53) и (42,03 ± 2,38) % соответственно. У большинства испытуемых, как показали результаты исследования, обеспечение сердечной деятельности характеризуется сниженной активацией симпатического отдела вегетативной нервной системы. Разброс индивидуальных и средних показателей ВРС, аналогичная динамика основных и средних показателей спектрограммы обследуемых студенток позволяет нам объединить в одну возрастную группу всех испытуемых с третьего и четвертого курсов. В период «биологической тьмы» у испытуемых происходит достоверное снижение ТР, что свидетельствует о повышении активности симпатического отдела вегетативной нервной системы [12].
Сравнение результатов спектрального анализа ВРС у обследованных нами студенток с должными величинами [12] свидетельствует о том, что большинство показателей спектрограммы у испытуемых выше должных, что позволяет говорить о большем напряжении функциональных систем их организма. Это находит подтверждение и в средних значениях АП сердечно-сосудистой системы [4]. Величины АП у студенток третьего и четвертого курсов в начале учебного года колебались в пределах 2,21 —2,36 балла соответственно, что характеризует состояние напряжения механизмов адаптации функциональных систем. Лишь у 32,5 % студенток величины АП находятся в пределах 1,68— 1,86 балла, что говорит о нормальном уровне адаптационных возможностей организма испытуемых. Высокие значения АП у испытуемых можно объяснить напряжением, связанным с режимом жизни, учебы и другими социальными факторами, а также с более высоким уровнем психоэмоционального напряжения, возникающего в условиях повышения личностных компонентов, связанных с приобретением профессиональных навыков. В период «биологической тьмы» величины АП у испытуемых были более высокими и колебались в пределах 2,34—3,60 балла, что свидетельствует о напряжении процессов адаптации функциональных систем организма испытуемых. отметим, что снижение адаптационных возможностей у студенток наблюдается в межсессионный период обучения.
Снижение значений SDNN в период «биологической тьмы» не только указывает на усиление симпатической нервной регуляции, но и позволяет говорить о значительном напряжении регуляторных систем, когда в процесс регуляции включаются высшие уровни управления, что приводит к почти полному подавлению активности автономного контура регуляции сердечного ритма [4, 12, 16].
Одновременное снижение показателей LF и VLF, по мнению некоторых авторов, свидетельствует о преобладании активности автономного контура регуляции сердечной деятельности [20].
Ортопроба позволяет оценить не только функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, но и реактивность ВНС. Наши исследования показали,
что при ортостазе у 62,5 % студенток наблюдается существенное снижение как ТР до (2 743 ± 345) мс2, так и коэффициента К30/15 с 1,26 ± 0,06до 1,08 ± 0,04. Известно, что коэффициент К30/15 характеризует реактивность парасимпатического отдела ВНС и не зависит от скорости вставания и возраста. У молодых и здоровых людей, как показали исследования [2], нормальной реакцией на ортопробу следует считать увеличение К30/15 от 1,25 до 1,75. Такая реакция наблюдается лишь у 32,5 % обследуемых нами студенток. Снижение абсолютных значений К30/15 характеризует ухудшение адаптивных возможностей организма.
Частота сердечных сокращений в любом возрастном периоде является важным показателем функционального состояния не только сердечно-сосудистой системы, но и организма в целом. Сравнительный анализ частоты пульса — одного из самых лабильных показателей сердечно-сосудистой системы показал, что в течение года значения ЧСС постоянно изменяются. В период «биологической тьмы» средние значения ЧСС оказались ниже, чем в сентябре. Отметим, что у четырех студенток чСС в состоянии покоя доходила до 108—112 уд./мин. Снижение ЧСС у большинства испытуемых свидетельствует о повышении вагусной активности. О повышении в более темный период года тонуса парасимпатического отдела ВНС в регуляции сердечного ритма свидетельствуют и уменьшение значений LF/HF, и более высокие показатели мощности спектра в диапазоне высоких частот (НЕ мс2) [ 12, 20], а также снижение значений ВИК. Таким образом, наши исследования позволяют сделать вывод о том, что в условиях обучения в вузе в организме молодых людей функциональная перестройка регуляции ритма сердечной деятельности может происходить при одновременном повышении тонуса и симпатического, и парасимпатического отделов ВНС. Полученные данные еще раз свидетельствуют о том, что обучение в вузе протекает на фоне постоянного функционального напряжения организма.
В период «биологической тьмы» у обследуемых студенток индивидуальные значения ИР колебались в довольно широких пределах: от высокого (78,0 усл. ед.) до низкого (118,2 усл. ед.) уровня. Но высокий уровень резервных возможностей (менее 80,0 усл. ед.) отмечался только у трех студенток. Средние значения ИР (см. таблицу) указывают, что у большинства обследуемых отмечаются сниженные функциональные резервы сердечно-сосудистой системы. О снижении функциональных возможностей организма испытуемых свидетельствует динамика показателей индекса напряжения ^1). Выявлено, что SI тесно коррелирует с интенсивностью метаболизма при стрессах, в частности с показателями теплопродукции [2, 3].
Уровень функционирования центрального и периферического кровообращения, а также ритма сердечной деятельности зависит от преобладания или ослабления роли симпатического или парасимпати-
ческого отделов ВНС. Известно, что преобладание тонуса симпатической системы над тонусом парасимпатической играет существенную роль в обеспечении биоэнергетических процессов в организме [2, 6, 7]. Это особенно важно в период «биологической тьмы», сопровождающийся термальными стрессами, когда увеличивается энергетическая стоимость деятельности функциональных систем и организма в целом.
Список литературы
1. Агаджанян Н. А. Учебный процесс и здоровье студентов / Н. А. Агаджанян, К. Т. Ветчинкина // Современная высшая школа, (Международный журнал, Варшава).
— 1986. — № 1. — С. 103—109.
2. Агаджанян Н. А. Особенности адаптации индийских студенток к условиям средней полосы России / Н. А. Агаджанян, И. В. Радыш, Д. Шахвар // Экология человека.
— 1989. — № 2. — С. 21—25.
3. АгаджанянН. А. Особенности адаптации сердечно-сосудистой системы юношеского организма / Н. А. Агаджанян, И. В. Руженкова, Ю. П Старшинов и др. // Физиология человека. — 1997. — Т. 23, № 1. — С. 93—98.
4. Баевский Р. М. // Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Р. М. Баевский // Там же. — 2002. — Т. 28, № 2. — С. 70—82.
5. Волокитина Т. В. Вариабельность сердечного ритма у детей младшего школьного возраста // Т. В. Волокитина, А. В. Грибанов. — Архангельск : Поморский государственный университет, 2004. — 194 с.
6. Горст Н. А. Гемодинамические характеристики и адаптационные возможности астраханских студентов /
Н. А. Горст, В. Р. Горст // Биологические аспекты экологии человека : материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Архангельск, 2004. // Приложение к журн. «Экология человека», 2004. — Т. 1. — С. 240—242.
7. Грибанов А. В. Общая характеристика климатогеографических условий Русского Севера и адаптивных реакций человека в холодной климатической зоне / А. В. Грибанов, Р. И. Данилова // Север. Дети. Школа : сб. науч. тр. — Архангельск, 1994. — С. 4—27.
8. Гудков А. Б. Влияние специфических факторов Заполярья на функциональное состояние организма человека / А. Б. Гудков, Н. Ю. Лабутин // Экология человека. — 2000.
— № 2. — С. 18—20.
9. Данилова Н. Н. Изменение вариабельности сердечного ритма при информационной нагрузке / Н. Н. Данилова, С. В. Астафьев // Журнал высш. нервн. деятельности.
— 1999. — Т. 49, вып. 1. — С. 28—32.
10. Доскин В. А. Анализ функционального состояния студентов в биоритмологическом аспекте / В. А. Доскин, И. А. Лаврентьева // Гигиена и санитария. — 1976. — № 5. — С. 50—53.
11. Копосова Т. С. Сезонные изменения показателей кардиогемодинамики и вегетативного статуса организма студентов / Т. С. Копосова, С. Н. Чикова, А. Е. Чиков // Экология человека. — 2004. — № 5. — С. 23—25.
12. Михайлов В. М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения / В. М. Михайлов. — Иваново : Иванов. гос. мед. академия, 2002. — 290 с.
13. Неверов В. Н. Динамика наркоугрозы среди студентов в течение последнего десятилетия / В. Н. Неверов // Экология человека. — 2002. — № 1. — С. 9—12.
14. Панин В. А. Оценка физического состояния студентов на занятиях физкультуры / В. А. Панин, В. Г. Малиновский // Традиционные и нетрадиционные механизмы оздоровле-
ния детей : тезисы V Междунар. науч.-практ. конф. — М., 1996. - С. 68.
15. Рагозин А. Н. Информативность спектральных показателей вариабельности сердечного ритма / А. Н. Рагозин // Вестник аритмологии. — 2001. — № 22. — С. 37-40.
16. Соколов А. Я. Энергообмен и параметры кардио-респираторной системы у коренных и пришлых жителей Северо-Востока России / А. Я. Соколов, Л. И. Гречкина // Экология человека. — 2003. — № 3. — С. 10 — 12.
17. Спицын А. П. Психофизиологическая характеристика адаптации учащихся и студентов к учебной деятельности : автореф. дис. ... д-ра мед. наук / Спицын А. П. — Киров, 1999. — 22 с.
18. Deckro G. R. The evaluation of a nindbody intervention to reduce psychological distress and perceived stress in college students / G. R. Deckro, K. M. Ballinger, Metal Hoyt et al. // J. Am. Coll. Heath. — 2002. — Vol. 50 (6).
— P. 281—287.
19. Hannah T. Hardiness and health behavior: The role of health concerm as a moderation variable / T. Hannah // Behav. Med. — 1988. — Vol.14, N 2. — P. 59—63.
20. Malliani A. Cardiovasculuar neural regulation explored in the frequency domain / A. Malliani, M. Pagani, F. Lombardi // Circulation. — 1991. — Vol. 84. — P. 482—492.
21. Patton D. V. Legal consideration of sleep deprivation among resident physicians / D. V. Patton, D. R. Landers,
I. T. Agarwal // J. Health Low. — 2001. —Vol. 34 (3). — P. 377—417.
22. Piazza-Waggoner C. A. Stress management for dental students performing their first pediatric restorative procedure / C. A. Piazza-Waggoner, L. L. Cohen, K. Kohli, B. K. Taylor // J. Dent. Educ. — 2003. — Vol. 67 (5). — P. 542—548.
23. Rosenzweig S. Mind-fulness-based stress reduction lowers psychological distress in medical students /
S. Rosenzweig, D. K. Reibel, J. C. Greeson et al. // Teach Learn Med. - 2003. - Vol. 15 (2). - P. 88-92.
24. Task force of the European of Cariology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability. Standarts of Measurements, Physiological Interpretation and Clinical Use // Circulation. - 1996. -N 93. - P. 1043-1048.
THE ADAPTIVE CAPACITIES OF THE STUDENT ORGANISM IN THE PERIOD OF THE “BIOLOGICAL DARKNESS”
T. S. Koposova, S. N. Chikova, A. E. Chikov
The Pomor State University named after M. V. Lomonosov, Archangelsk
The article presents the investigation results of the circular system functional state of the students who born and have been living in the prepolar region. It was found that period of the “biological darkness” with low temperatures the sympathetic departments of the vegetal system are activated in the same time in the student organism. These vegetal indexes mean the decrease of functional reserves and the stress of the regulatory mechanisms of the students in that most unfavorable time of the year.
Key words: students, heart rate variability, vegetal regulation, Kerdo vegetal index, Rufie index, adaptation potential.
Статья поступила 08.02.2006 г.
Контактная информация:
Копосова Тамара Сергеевна — профессор кафедры биологии и экологии человека и животных ПГУ им.
М. В. Ломоносова
Тел. 27-37-86; e-mail: [email protected]
