АНАЛИЗ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА СТУДЕНТОВ С РАЗНОЙ ЧАСТОТОЙ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

£ MïïjiîH <5

Серия «Биология. Экология»

Онлайн-доступ к журналу: http://izvestiabio.isu.ru/ru

2022. Т. 39. С. 66-71

Иркутского государственного университета

И З В Е С Т И Я

Краткое сообщение

УДК612.13

https://doi.org/10.26516/2073-3372.2022.39.66

Анализ вариабельности сердечного ритма студентов с разной частотой дыхательных движений

А. С. Емельянова1, Л. А. Симонян2, Е. Е. Степура2*

1Рязанский государственный агротехнологический университет, г. Рязань, Россия 2Государственный социально-гуманитарный университет, г. Коломна, Россия

Аннотация. Обсуждаются результаты исследования исходного вегетативного статуса студентов с разным уровнем двигательной активности и частотой дыхательных движений, выполненного с использованием возможностей электрофизиологической лаборатории CONAN-4.5. Определена структура группы испытуемых по результатам дифференцирования исходного вегетативного тонуса, рассчитанного по индексу напряжения, и представленность в ней участников, характеризующихся оптимальным соотношением между парасимпатическим и симпатическим отделами ВНС. Сформулирована рекомендация по формированию оптимального уровня физических нагрузок у студентов.

Ключевые слова: электрокардиограмма, сердечно-сосудистая система, индекс напряжения, исходный вегетативный тонус, коэффициент физической активности, частота сердечных сокращений, частота дыхательных движений.

Для цитирования: Емельянова А. С., Симонян Л. А., Степура Е. Е. Анализ вариабельности сердечного ритма студентов с разной частотой дыхательных движений // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2022. Т. 39. С. 66-71. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2022.39.66

Analysis of the Heart Rate of Students with Different Respiratory Rates

A. S. Emelianova1, L. A. Simonyan2, E. E. Stepura2*

1 Ryazan State Agrotechnological University, Ryazan, Russian Federation

2 State Social and Humanitarian University, Kolomna, Russian Federation

Abstract. The article deals with the analysis of the initial vegetative status of students with different levels of physical activity and frequency of respiratory movements. The functional reserves of the body are subject to increased requirements not only for training activities, but also for the training load. In this regard, the purpose of this work is to analyze the heart rate variability in students, taking into account the level of physical activity and the frequency of respiratory movements. Registration and analysis of HRV was carried out using a modern complex electrophysiological laboratory "CONAN-4.5". Mathematical processing of the ECG makes it possible to obtain a number of temporal, spectral and geometric indicators, thanks to which an objective assessment of the state of the autonomic nervous system, including its sympathetic and parasympathetic divisions, is carried out. This method allows you to explore and evaluate the mechanisms of regulation of the cardiovascular system, as well as the tension of regulatory systems. Statistical processing of the material was carried

© EMe^taHOBa A. C., CHMOHSH A., CTenypa E. E., 2022

Short communication

*Полные сведения об авторах см. на последней странице статьи. For complete information about the authors, see the last page of the article.

out using Statistica 10.0. Cardiac activity of students was assessed. The gradation of the numerical values of the tension index of the body's regulatory systems was proposed by Shiryaev O. Yu. and Ivleva E. I., who took into account that with severe stress and diseases, the tension index can increase to higher values. As a result, it was proposed to distinguish five types of IN: vagotonic, normotonic, sympathicotonic, suprasymaticotonic, and transboundary. The latter is characterized by an increase in the prevalence of the sympathetic nervous system in the range of more than 600 c.u. During the mathematical processing of the electrocardiogram, numerical values of the stress index were obtained. It was revealed that among the entire studied array of students (when differentiating the IWT calculated according to IN) «normotics» are characterized by an optimal ratio between the parasympathetic and sympathetic divisions of the ANS. When analyzing the electrocardiogram, the values of heart rate were obtained and a relationship was established with the stress index and the type of change or absence of rhythm disturbance in students with different vegetative status. The work established the relationship between the initial vegetative status and the frequency of respiratory movements in students with different vegetative status. Students were offered a test to determine the coefficient of physical activity. The coefficient of physical activity is the ratio of the average daily energy expenditure of a person to the energy expenditure at rest, to the so-called basal metabolic rate. We established the relationship between the stress index and the coefficient of physical activity in students with different vegetative status.

Keywords: electrocardiogram, cardiovascular system, stress index, initial vegetative tone, coefficient of physical activity.

For citation: Emelianova A.S., Simonyan L.A., Stepura E.E. Analysis of the Heart Rate of Students with Different Respiratory Rates. The Bulletin of Irkutsk State University. Series Biology. Ecology, 2022, vol. 39, pp. 66-71. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2022.39.66 (in Russian)

Введение

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) - физиологическое явление, заключающееся в непрерывном изменении длительности кардиоциклов. Анализ ВСР основан на измерении временных интервалов между соседними RR-зубцами ЭКГ. Математическая обработка ЭКГ позволяет получить ряд показателей, благодаря которым осуществляется объективная оценка состояния вегетативной нервной системы (ВНС), в том числе её симпатического (СО) и парасимпатического (ПО) отделов. Информационный подход, уже несколько десятилетий разрабатываемый отечественными специалистами, позволяет успешно исследовать и оценивать механизмы регуляции сердечно-сосудистой системы, а также напряжение регуляторных систем [Судаков, 1995; Баевский, 2001, 2004; Баевский, Иванов, 2015; Кулаичев, 2017; Levashova, 2016].

Важную роль в развитии функциональных резервов организма, особенно у молодых людей, играют физические нагрузки, количественный эквивалент которых определяет уровень двигательной активности [Агаджанян, Ба-евский, Берсенева, 2006], установлена взаимосвязь между такими показателями, как физическое развитие, физическая подготовленность и состояние здоровья обучающихся [Доронцев, Козлятникова, 2013]. Отмечено также, что и учебная нагрузка предъявляет повышенные требования к функциональным резервам организма учащихся [Связь вегетативного ... , 2020; Коакш, 2017].

Цель настоящей работы - провести анализ вариабельности сердечного ритма у студентов с учётом уровня двигательной активности и частоты дыхательных движений.

Материалы и методы

Регистрацию ЭКГ у обследуемых студентов проводили в состоянии покоя. На добровольной основе обследованы 100 студентов, из них 31 девушка и 69 юношей в возрасте 18-22 лет. На момент обследования учащиеся не предъявляли жалоб и не имели в анамнезе патологий сердечно-сосудистой системы. Запись ЭКГ проводилась с помощью оборудования комплексной электрофизиологической лаборатории CONAN-4.5 (1пСо, Россия) с протоколированием следующих показателей вариабельности сердечного ритма: частоты сердечных сокращений (ЧСС) и индекса напряжения (ИН). Кроме того, определялись значения частоты дыхательных движений (ЧДД). Статистическую обработку материала проводили с использованием программы Statistica V. 10.0. Оценивали нормальность распределения полученных данных с помощью критерия Колмогорова - Смирнова, в зависимости от чего использовали параметрические или непараметрические методы оценки. Производили вычисление средних значений показателей и стандартной ошибки (M±SE), а также ^критерия Стьюдента при нормальном распределении, в противном случае получали медиану и межквартильный размах (Ме, 25L; 75и) и определяли и-критерий Манна - Уитни. Уровень вероятности не менее 95 % считали статистически значимым (р < 0,05). Все эксперименты проведены с соблюдением принципов биоэтики.

Результаты и обсуждение

Разработанная О. Ю. Ширяевым и Е. И. Ивлевой [1999] градация числовых значений индекса напряжения учитывает, что при сильном стрессе и заболеваниях ИН может возрастать до более высоких значений. Авторами предложено выделять пять типов ИН: ваготонический, нормотонический, симпатикотонический, сверхсиматикотонический и запредельный. Последний характеризуется повышением показателей преобладания симпатической нервной системы в диапазоне более чем 600 у. е. Поскольку запредельный тип ИН встречается крайне редко и в ходе проведённого обследования не был выявлен ни у одного испытуемого, мы, используя рекомендуемую градацию числовых значений, разделили участников на четыре группы. Полученные соотношения групп испытуемых по сходному вегетативному тонусу, рассчитанному на основе ИН, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Соотношение студентов по исходному вегетативному тонусу (ИВТ) на основе значений индекса напряжения (ИН)

ИН, у. е. ИВТ по ИН Число студентов

Ниже 30 Ваготония 10

31-120 Нормотония 22

121-300 Симпатикотония 63

Выше 301 Гиперсимпатикотония 5

Показатели частоты сердечных сокращений у студентов с разным исходным вегетативным статусом приведены в табл. 2.

Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». 2022. Т. 39. C. 66-71 The Bulletin of Irkutsk State University. Series Biology, Ecology, 2022, vol. 39, pp. 66-71

Таблица 2

Частота сердечных сокращений студентов с разными типами вегетативной регуляции

№ ИН, у.е. ИВТ по ИН ЧСС, уд/мин Уровень достоверности между группами Вид изменения ритма / отсутствие нарушения ритма

1 Ниже 30 Ваготония 65±0,13 1-2 (р < 0,001) 1-3 (р < 0,001) Умеренная нормокардия

2 31-120 Нормотония 70±0,21 1-4 (р < 0,001) Нормокардия

3 121-300 Симпатикотония 73±0,16 2-3 (р < 0,001) Нормокардия

4 Выше 301 Гиперсимпатикотония 80±0,27 2-4 (р < 0,001) 3-4 (р < 0,001) Тахикардия

Испытуемые из первой группы характеризовались преобладанием парасимпатической вегетативной нервной системы. Доля их от общего числа участников эксперимента составила 10 %. Студенты из второй группы с равновесным состоянием вегетативной нервной системы между парасимпатическим и симпатическим отделами составили 22 %. Третья группа (63 % от общего числа участников) характеризовалась преобладанием симпатической части вегетативной нервной системы. Наконец, в четвёртой группе (5 % от общего числа испытуемых) наблюдалось значительное повышение показателей деятельности симпатической вегетативной нервной системы.

Результаты определения частоты дыхательных движений у студентов с разным исходным вегетативным статусом (табл. 3) демонстрировали повышение показателя с увеличением активности симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Таблица 3

Частота дыхательных движений (ЧДД) у студентов с разным вегетативным статусом

ИН, у.е. ИВТ по ИН ЧДД, уд/мин

Ниже 30 Ваготония 12,7±0,01

31-120 Нормотония 14,9±0,01

121-300 Симпатикотония 16,7±0,01

Выше 301 Гиперсимпатикотония 18,3±0,01

Студентам был предложен тест для оценки коэффициента физической активности (КФА), определяемого как отношение среднесуточных затрат энергии человека к затратам энергии в состоянии покоя, к так называемой величине основного обмена.

В таблице 4 представлены значения КФА у студентов с разным исходным вегетативным статусом.

Среди всего изученного массива студентов «нормотоники» (по показателям ИВТ, рассчитанного по ИН) характеризовались оптимальным соотношением между парасимпатическим и симпатическим отделами вегетативной нервной системы со значением КФА 1,73 балла.

Таблица 4

Показатели коэффициента физической активности (КФА) у студентов с различным вегетативным статусом

№ ИН, у.е. ИВТ по ИН Уровень достоверности между группами КФА, баллы

1 Ниже 30 Ваготония 1-2 (р < <0,05) 1-3 (р < 0,001) 1-4 (р < 0,001) 1,41±0,1

2 31-120 Нормотония 1,73±0,1

3 121-300 Симпатикотония 2-3 (р < 0,001) 2-4 (р < 0,001) 3-4 (р < 0,001) 2,01±0,1

4 Выше 301 Гиперсимпатикотония 2,42±0,2

Результаты исследования позволяют рекомендовать оптимальный для обеспечения адекватного функционирования сердечно-сосудистой системы и нормальной адаптации к физическим нагрузкам у студентов уровень двигательной активности, соответствующий коэффициенту физической активности не ниже 1,75 балла - лёгкая физическая нагрузка.

Список литературы

Агаджанян Н. А., Баевский Р. М., Берсенева А. П. Проблемы адаптации и учение о здоровье. М. : Изд-во РУДН, 2006. 284 с.

Баевский Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиологических систем // Вестник аритмологии. 2001. № 24. С. 15-22.

Баевский Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма: история и философия, теория и практика // Клш. шформат. i телемед.. 2004. № 1. С. 54-64.

Баевский Р. М., Иванов Г. Г. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2015. № 2. С. 108-127.

Доронцев А. В., Козлятникова О. А. Психофизиологическая адаптация к спортивной деятельности слабослышащих футболистов // Астраханский медицинский журнал. 2013. Т. 8, № 1. С. 326-329.

Кулаичев А. П. Методы и средства комплексного анализа данных. М. : Форум, 2017.

484 с.

Морозова М. П., Евсеев А. М., Прохорова А. В., Миронова О. Г., Банзелюк Е. Н., Гаврилова С. А. Связь вегетативного тонуса девушек и юношей с их психологическим профилем личности // Физиология человека. 2020. Т. 46, № 5. С. 15-26. https://doi.org/10.31857/S0131164620050100

Судаков К. В. Информационный принцип в физиологии: анализ с позиций общей теории функциональных систем // Успехи физиологических наук. 1995. Т. 26, № 4. С. 3-27.

Ширяев О. Ю., Ивлева Е. И. Нарушение вегетативного гомеостаза при тревожно-депрессивных расстройствах и методы их коррекции // Прикладные информационные аспекты медицины. 1999. Т. 2. № 4. С. 45.

Kodkin V. L. Developing a system for continuous control of the functional status based on recording of electrical potentials and acoustic signals // Int. Conf. on Advances in Biomedicine and Biomedical Engineering, 6th Int. Conf. on Biotechnology and Bioengineering. Offenburg, Germany. 2017.

Levashova O., Levashov S. Non-invasive diagnostics of the functional state of the myocardium in children-sportsmen on the basis analysis of velocity characteristics of electric activity of the heart // Ural and Siberia Bull. Sports Sci. 2016. N 4 (12). P. 26-34.

References

Agadzhanyan N.A., Baevsky R.M., Berseneva A.P. Problemy adaptacii I uchenie o zdorov'e [Problems of adaptation and health care doctrine]. Moscow, RUDN Univ. Publ., 2006, 284 p. (in Russian)

Baevsky R.M. Analiz variabelnosti serdechnogo ritma pri ispolzovanii razlichnyh elektrokar-diologicheskih system [Analysis of heart rate variability using various electrocardiological systems]. J. Arrhythmol., 2001, no. 24, pp. 15-22. (in Russian)

Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». 2022. Т. 39. C. 66-71 The Bulletin of Irkutsk State University. Series Biology, Ecology, 2022, vol. 39, pp. 66-71

Baevsky R.M. Analiz variabel'nosti serdechnogo ritma: istoriya I filosofiya, teoriya I praktika [Heart rate variability analysis: history and philosophy, theory and practice]. Klin. Informat. i Tele-med. [Clinical Informatics and Telemedicine], 2004, no. 1, pp. 54-64. (in Russian)

Baevsky R.M., Ivanov G.G. Variabelnost serdechnogo ritma: teoreticheskie aspekty I vozmozhnosti klinicheskogo primeneniya [Heart rate variability: theoretical aspects and clinical application]. Ultrasound and Functional Diagnostics, 2015, no. 2, pp. 108-127. (in Russian)

Dorontsev A.V., Kozlyatnikova O.A. Psihofiziologicheskayaadaptaciya k sportivnoj deyatel'nosti slaboslyshashchih futbolistov [Psychophysiological adaptation n to sports activities of hearing-impaired football players]. Astrakhan Med. J., 2013, vol. 8. no. 1, pp. 326-329. (in Russian)

Kulaichev A. P. Metody I sredstva kompleksnogo analiza dannyh [Methods and tools for complex data analysis]. Moscow, Forum Publ.. 2017. 484 p. (in Russian)

Morozova M.P., Evseev A.M., Prohorova A.V., Mironova O.G., Banzelyuk E.N., Gavrilova S.A. Svyaz vegetativnogo tonusa devushek i yunoshej s ih psihologicheskim profilem lichnosti [The connection of the vegetative tone of girls and boys with their psychological personality profile]. Human Physiol., 2020, vol. 46, no. 5, pp. 15-26. (in Russian). https://doi.org/10.31857/S0131164620050100

Sudakov K.V. Informacionnyj princip v fiziologii: analiz s pozicij obshchej teorii funkcion-al'nyh system [Information principle in physiology: analysis from the standpoint of the general theory of functional systems]. Progr. Physiol. Sci., 1995, vol. 26, no. 4, pp. 3-27. (in Russian)

Shiryaev O.Yu., Ivleva E.I. Narushenie vegetativnogo gomeostaza pri trevozhno-depressivnykh rasstroistvakh i metody ikh korrektsii [Disturbances of autonomic homeostasis in anxiety-depressive disorders and methods of their correction]. Appl. Inform. Asp. Med. 1999, vol. 2, no. 4, p. 45.

Kodkin V.L. Developing a system for continuous control of the functional status based on recording of electrical potentials and acoustic signals. Proc. Int. Conf. on Advances in Biomedicine and Biomedical Engineering/6th Int. Conf. on Biotechnology and Bioengineering.. Offenburg, Germany. 2017.

Levashova O., Levashov S. Non-invasive diagnostics of the functional state of the myocardium in children-sportsmen on the basis analysis of velocity characteristics of electric activity of the heart. Ural and Siberia Bulletin Sports Sci., 2016, no. 4 (12), pp. 26-34.

Сведения об авторах

Information about the authors

Емельянова Анна Сергеевна

доктор биологических наук, профессор Рязанский государственный агротехнологический университет Россия, 390044, г. Рязань, ул. Костычева, 1 e-mail: [email protected]

Emelyanova Anna Sergeevna

Doctor of Science (Biology), Professor Ryazan State Agrotechnological University 1, Kostycheva st., Ryazan, 390044, Russian Federation

e-mail: [email protected]

Симонян Лусине Арменовна

кандидат медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой

Государственный социально-гуманитарный университет

Россия, 140411, г. Коломна, ул. Зеленая, 30 e-mail: [email protected]

Simonyan Lusine Armenovna

Candidate of Science (Biology), Associate Professor, Head of Department State Social and Humanitarian University 30, Zelenaya st., Kolomna, 140411, Russian Federation

e-mail: [email protected]

Степура Евгений Евгеньевич

кандидат биологических наук, доцент Государственный социально-гуманитарный университет

Россия, 140411, г. Коломна, ул. Зеленая, 30 e-mail: [email protected]

Stepura Evgeny Evgenievich

Candidate of Science (Biology), Associate Professor

State Social and Humanitarian University 30, Zelenaya st., Kolomna, 140411, Russian Federation

e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 03.02.2022; одобрена после рецензирования 22.02.2022; принята к публикации 01.03.2022 Submitted February, 03, 2022; approved after reviewing February, 22, 2022; accepted for publication March, 01, 2022