CC BY
30
УДК 57.017.32
УСТОЙЧИВОСТЬ ВНИМАНИЯ СТУДЕНТОВ В УСЛОВИЯХ СЛУХОВОЙ ФОНОВОЙ НАГРУЗКИ
И.В. Красникова, Г.В. Красников, М.Й. Тюрина, Г.М. Пискунова
Проведено исследование влияния фоновой слуховой нагрузки на произвольное внимание студентов с учетом изменения вклада регуляторных механизмов. Эффект зависит от статуса регуляторных систем, который определяется полом студентов. Девушки характеризуются более высокой симпатической активностью, которая определяет снижение устойчивости внимания. Преобладание парасимпатического тонуса в регуляции сердечного ритма у юношей позволяет им сохранять устойчивость внимания (производительность и точность выполнения теста) на фоне слуховой нагрузки.
Ключевые слова: внимание, вариабельность сердечного ритма, студенты, слуховая нагрузка.
Введение
Человек проводит свою жизнь в условиях воздействия шумов и звуков различной интенсивности, которые существенно меняют не только слуховое восприятие, но и общее состояние организма; примером последнего является повышение артериального давления, увеличение частоты сердечных сокращений и смещение вегетативного баланса в сторону повышения относительного тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. При этом важнейшим проявлением как положительного, так и отрицательного воздействия звуков на организм является изменение эмоционального состояния, функционирования регуляторных систем и внутренних органов [1-3].
В физиологии человека на протяжении ряда лет в качестве интегральных показателей состояния организма используются характеристики вариабельности сердечного ритма (ВСР) [4-7]. В ряде работ показано, что изучение вариабельности сердечного ритма имеет большое значение не только для оценки функционального состояния организма в настоящее время, но и для измерения его адаптационных возможностей и прогнозирования уровня реактивности [6, 8].
В физиологии имеется достаточное количество работ о влиянии сенсорных стимулов на вариабельность сердечного ритма [1-3]. Нам представилось интересным исследовать возможное влияние фоновой слуховой нагрузки (звуки радиотрансляций) на изменение характеристик произвольного внимания и различные показатели вариабельности сердечного ритма, как индикатора активности различных уровней регуляторных систем.
Материалы и методы
В нашем исследовании был использован метод вариационной пульсометрии по критериям Р.М. Баевского на основе электрокардиограммы (ЭКГ) [4-6]. Регистрацию ЭКГ проводили во втором стандартном отведении с помощью интегрированного аппаратно-программного комплекса CONAN-m (InCo, Россия). Испытуемые находились в положении сидя. Объем выборки для каждого испытуемого составлял не менее 160 кардиоинтервалов.
В настоящей работе оценивали среднее значение RR-интервала, среднее квадратическое отклонение (СКО), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), индекс напряжения (ИН). Также проводили оценку спектральных показателей кардиоритма: абсолютной мощности в диапазонах медленных волн (LF), очень медленных волн (VLF), высокочастотных волн (HF).
В эксперименте участвовали праворукие студенты с отсутствием хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы. Исследование проводилось на условиях добровольного согласия студентов и полной их информированности о процедуре и методике проведения эксперимента. В исследовании приняли участие 50 студентов 18-22 лет (27 девушек и 23 юноши).
Для оценки устойчивости произвольного внимания был использован нами тест «Счет по Крепелину». Он заключается в исследовании способности испытуемого с максимальной скоростью и точностью складывать в уме пары однозначных чисел за 8 тридцатисекундных отрезков. Оценка результатов опыта проводится по скорости его выполнения и числу ошибок за исследуемые промежутки времени и весь эксперимент [9]. Задание необходимо было выполнить два раза: сначала в тишине, а затем на фоне радиотрансляции.
Эксперимент проводили по следующей схеме: I этап - контрольная запись ЭКГ (5 мин); II этап - запись ЭКГ на фоне счета по Крепелину в тишине (5 мин); III этап - запись ЭКГ на фоне счета в условиях фоновой радиотрансляции (5 мин).
Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программы SigmaPlot 11.0 (Systat Software, Inc., 2008). Для оценки достоверности различий анализируемых показателей использовали однофакторный дисперсионный анализ для повторных измерений (RM ANOVA) с последующим сравнением разностей средних по критерию Тьюки. Статистически значимыми считались различия при р < 0,05.
Результаты и обсуждение
Нами было показано, что умственная нагрузка вызывает значительные изменения статистических и индексных показателей ВСР. При этом выполнение того же задания на фоне работающего радио не
приводит к значительным изменениям кардиоритма. Результаты эксперимента приведены в табл. 1 (указаны средние значения и стандартные отклонения).
Таблица 1
Показатели вариабельности сердечного ритма _у студентов во время эксперимента^_
Показатель Этап эксперимента Девушки Юноши
Среднее значение ЯЯ-интервала (с) I II III 0,79±0,02 0,73±0,02* 0,72±0,02 0,82±0,03 0,74±0,02* 0,75±0,03
Среднее квадратическое отклонение (с) I II III 0,079±0,006 0,063±0,003* 0,062±0,003 0,083±0,008 0,072±0,005* 0,077±0,007
Мода (с) I II III 0,85±0,02 0,78±0,02* 0,78±0,02 0,85±0,03 0,79±0,02* 0,79±0,03
Амплитуда моды (%) I II III 30,8±1,6 37,3±1,9* 37,0±1,9 29,5±2,0 34,4±2,5* 34,4±3,3
Индекс напряжения (у.е.) I II III 54,3±6,2 91,3±10,9* 96,2±16,6 51,6±6,7 77, 9±14,9* 70,4±15,3
Символом «*» отмечены достоверные разлития по сравнению с исходным
состоянием (р<0,05).
Интегральный результат всех регуляторных влияний на сердце и систему кровообращения в целом отражает среднее значение ЯЯ-интервала. Отклонение от индивидуальной нормы обычно сигнализирует об увеличении нагрузки на аппарат кровообращения или о наличии патологических отклонений [4-6].
В ходе нашего исследования отмечалось достоверное уменьшение длительности ЯЯ-интервала на 7% у девушек и 10% у юношей во время второго этапа эксперимента. На третьем этапе значимых изменений этого показателя не отмечалось. Это свидетельствует о реакции сердечнососудистой системы на выполнение теста, однако фоновое шумовое воздействие, по-видимому, недостаточно по силе, чтобы вызвать сдвиги в длительности ЯЯ-интервала.
Среднее квадратическое отклонение является чрезвычайно чувствительным показателем состояния механизмов регуляции сердечного ритма. Как правило, рост СКО указывает на усиление автономной регуляции, то есть влияния дыхания на ритм сердца. Уменьшение СКО
обычно связывают с усилением симпатической регуляции, которая подавляет активность автономного контура [4-6].
При выполнении задания в тишине СКО статистически достоверно уменьшается на 21 % у девушек и 13 % у юношей. Выполнение нагрузочного теста на фоне работающего радио не приводит к изменению СКО в группе девушек, а в группе юношей этот показатель увеличивается на 7%. Такая динамика изменений СКО указывает на централизацию управления сердечным ритмом у студентов на 2 этапе эксперимента. У юношей снижение СКО на 3 этапе свидетельствует о переходе на менее энергоемкую автономную регуляцию кардиоритма на фоне радиотрансляции.
Доминирующий уровень функционирования синусового узла отражается в значении моды [4-6]. Выполнение задания в приводит к статистически достоверному снижению Мо примерно на 8 % в обеих исследуемых группах, в условиях звуковой нагрузки Мо не меняется.
Значение амплитуды моды отражает эффект стабилизирующего влияния симпатической нервной системы на кардиоритм [4-6].
В группе девушек выполнение нагрузочного теста вызывает статистически достоверное увеличение среднего значения АМо на 23 %, в группе юношей - на 17 %. Этот результат указывает на повышение тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы во время умственной нагрузки. На 3 этапе эксперимента значение амплитуды моды не меняется, что указывает на отсутствие чувствительности этого показателя к воздействию фонового шума.
Индекс напряжения регуляторных систем отражает степень \централизации управления сердечным ритмом, активность механизмов симпатической регуляции [4-6].
В нашем эксперименте ИН значительно увеличивается при выполнении нагрузочного теста: примерно на 70 % у девушек и 50 % у юношей, что указывает на усиление симпатических влияний на сердечный ритм и активацию центрального контура регуляции. Наличие фонового шума при выполнении задания приводит к дальнейшему повышению ИН у девушек (6 %) и снижению его у юношей (10 %).
Таким образом, статистические и индексные показатели ВСР позволяют оценить только влияние арифметической нагрузки и не дают возможности выделить изменения активности регуляторных систем при выполнении теста на фоне радиотрансляции.
Выполнение нагрузочного теста вызывает более значительные изменения спектральных показателей ВСР по сравнению со статистическими и индексными показателями. Это позволяет оценить различный вклад отделов вегетативной нервной системы и контуров регуляции в процессы адаптации к воздействующему фактору. Результаты
эксперимента приведены в табл. 2 (указаны средние значения и стандартные отклонения).
Таблица 2
Спектральные характеристики сердечного ритма студентов _во время эксперимента__
Показатель Этап эксперимента Девушки Юноши
Абсолютная мощность в диапазоне очень медленных волн VLF (мс2) I II III 586,9±118,7 374,1±41,8* 378,6±40,2 811,1±258,0 557,1±83,8 735,5±156,4
Абсолютная мощность в диапазоне медленных волн LF (мс2) I II III 1390,8±186,9 974,8±174,1* 1003,1±158,1 1439,8±349,4 1402,8±457,1 1667,3±622,1
Абсолютная мощность в диапазоне высокочастотных волн НР(мс2) I II III 1743,0±548,5 784,3±100,8* 814,4±102,8 2162,8±654,9 1103,6±268,9* 1493,2±359,9
Индекс вагосимпатиче-ского взаимодействия LF/HF I II III 1,16±0,13 1,53±0,28* 1,74±0,29** 0,95±0,15 1,96±0,56* 1,30±0,29**
Символом «*» отмечены достоверные разлития по сравнению с исходным
состоянием (р<0,05).
Диапазон очень низко частотных колебаний (VLF) по современным представлениям обусловлен влиянием на ритм сердца надсегментарного уровня регуляции, поскольку амплитуда этих волн тесно связана с психоэмоциональным напряжением и функциональным состоянием коры головного мозга. Показано, что VLF отражает церебральные эрготропные влияния на нижележащие уровни [5, 7, 8]. Мощность VLF-колебаний является чувствительным индикатором управления метаболическими процессами и хорошо отражает энергодефицитные состояния. Высокий по сравнению с нормой уровень VLF можно трактовать как гиперадаптивное состояние, сниженный уровень VLF указывает на энергодефицитное состояние. При увеличении мощности VLF в ответ на нагрузку можно говорить о гиперадаптивной реакции, при ее снижении - о постнагрузочном энергодефиците [5, 7, 8].
В ходе нашего исследования было показано, что абсолютная мощность в данном диапазоне уменьшается на 36 % у девушек и на 31 % у юношей по сравнению с контролем во время выполнения теста, что указывает на переход к энергодефицитному состоянию во время сосредоточенности на счетных операциях. Счет на фоне радиотрансляций не изменяет этого показателя у девушек, но приводит к увеличению абсолютной мощности VLF на 31 % у юношей. Это может свидетельствовать о том, что у девушек фоновое воздействие шума
приводит к дальнейшему использованию энергетических и метаболических резервов центрального контура регуляции, а у юношей происходит переход на менее энергозатратные процессы регуляции.
Спектральная мощность в низкочастотной области (LF) отражает влияние изменения тонуса как симпатического (преимущественно), так и парасимпатического отдела ВНС. Этот показатель характеризует состояние системы регуляции сосудистого тонуса. Мощность этого компонента спектра определяет активность вазомоторного центра продолговатого мозга [5, 7, 8].
В нашем эксперименте показано, что абсолютная мощность в диапазоне LF уменьшается только у девушек (на 30 %) на втором этапе эксперимента, а на третьем - не меняется. У юношей этот спектральный показатель увеличивается во время третьего этапа на 19 %.
Мощность высокочастотныхколебаний (НР), в основном, связана с дыхательными движениями и отражает вагусный контроль сердечного ритма (парасимпатического отдела вегетативной нервной системы) [5, 7, 8].
В обеих экспериментальных группах наблюдалось значительное уменьшение абсолютной мощности в НР диапазоне (на 55 и 49 % соответственно) на втором этапе эксперимента, что свидетельствует о снижении парасимпатической активности во время счета. На третьем этапе эксперимента у девушек этот показатель не меняется, а у юношей увеличивается на 35 %.
Индекс вагосимпатического взаимодействия (соотношение LF/HР) условно характеризует процентный вклад симпатических и парасимпатических влияний в автономную регуляцию сердечного ритма. Его увеличение свидетельствует о симпатизации регуляции сердечного ритма, уменьшение - об обратном эффекте [5, 7, 8].
В исследуемых группах студентов процесс произвольного внимания приводит к значительному увеличению индекса вагосимпатического взаимодействия: на 32 % у девушек и в 2 раза у юношей. Это указывает на увеличение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции сердечного ритма. На третьем этапе отмечается дальнейшее увеличение этого показателя у девушек и снижение на 32 % у юношей.
Нами были проанализированы результаты выполнения теста «Счет по Крепелину» в тишине и во время фоновой слуховой нагрузки (радиотрансляция). Проведена оценка таких показателей, как производительность (количество сложенных пар чисел за минуту) и количество допущенных ошибок, что отражает эффективность интеллектуального внимания.
При выполнении теста в тишине у девушек производительность выполнения задания выше (36/мин), чем у юношей (31 пара/мин). На фоне
радиотрансляции у девушек производительность увеличивается до 43 пар/мин (на 20 %), но при этом отмечается увеличение количества ошибок на 28 %. В группе юношей производительность практически не меняется (32 пары/мин), но и количество ошибок остается прежним.
Также была проведена оценка количества сложенных пар за каждые 15-секунд эксперимента. У юношей выполнение задание на фоне радиотрансляции практически не меняет внимания и эксперимента. У девушек продуктивность выполнения задания сначала увеличивается и достигает максимума на второй минуте эксперимента, а затем концентрация внимания снижается и наступает утомление примерно с третьей минуты эксперимента.
Таким образом, проведенное нами исследование показало, что выполнение теста «Счет по Крепелину», оценивающего произвольное внимание, приводит к значительной активации центрального контура регуляции сердечного ритма, повышению активности симпатического отдела вегетативной нервной системы и снижению парасимпатического тонуса и у юношей, и у девушек. На этот эффект указывает увеличение амплитуды моды, индекса напряжения и индекса вагосимпатического взаимодействия, а также уменьшение длительности ЯЯ-интервала, СКО и абсолютной мощности в НР диапазоне.
Выполнение нагрузочного теста на фоне радиотрансляции приводит к продолжению симпатической активации у девушек, что позволяет им увеличить продуктивность работы, но при этом растет и число ошибок. Это указывает на меньшую устойчивость внимания у девушек. В группе юношей на третьем этапе эксперимента наблюдается тенденция к возвращению показателей ВСР к исходным значениям, что указывает на включение стресслимитирующего парасимпатического отдела ВНС. Это свидетельствует о том, что фоновая радиотрансляция не ухудшает устойчивости произвольного внимания у юношей.
Спектральные показатели ВСР по сравнению со статистическими и индексными показателями являются более чувствительными и позволяют оценить различный вклад отделов вегетативной нервной системы и контуров регуляции в обеспечении внимания во время звуковой нагрузки.
Список литературы
1. Глазачев О.С., Классина С.Я., Бобылева О.В., Класня А. Эффекты полимодальных ритмических сенсорных воздействий на состояние ЦНС и вегетативные функции человека // Физиология человека. 2010. Т. 36. № 2. С. 59-66.
2. Димитриев Д.А., Индейкина О.С., Димитриев А.Д. Влияние современной звуковой среды на функциональное состояние организма человека. // Гигиена и санитария. 2016. Т.95. №2. С. 150-153.
3. Кириллова И.А., Маляренко Т.Н., Воронин И.М., Говша Ю.А. Зависимость циркадной организации регуляции сердечного ритма от пролонгированного музыкального сенсорного воздействия // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2007. Т.93, №2. С. 180-188.
4. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека. 2002. Т.28. №2. С. 72-82.
5. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем. М.: Наука, 2000. 40с.
6. Баевский P.M., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. 221с.
7. Heart Rate Variability. Standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use / Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology //Circulation. 1996. Vol. 93. P. 1043-1065.
8. Ноздрачев А.Д., Щербатых Ю.В. Современные способы оценки функционального состояния автономной (вегетативной) нервной системы // Физиология человека. 2001. Т 27. №6. С. 95-102.
9. Андронникова Е.А., Заика Е.В. Методы исследования восприятия, внимания и памяти: руководство для практических психологов. Харьков, 2011. 161с.
Красникова Инна Владимировна, канд. биол. наук, доц., phisiologyatspu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Красников Геннадий Викторович канд. биол. наук, доц., gvkrasnikovagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Тюрина Миглена Йорданова канд. биол. наук, ст. науч. сотр., tynrinamgaimail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Пискунова Галина Михайловна канд. биол. наук, зав. лабораторией, phisiologyatspu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
STABILITY OF ATTENTION OF STUDENTS IN THE CONDITIONS OF HEARING BACKGROUND LOADING
I. V. Krasnikova, G. V. Krasnikov, M.I. Tyurina, G.M. Piskunova
A study was made of the influence of the background auditory load on the random attention of students, taking into account the changes in the contribution of regulatory mechanisms. The effect depends on the status of regulatory systems, which is determined by the sex of students. Girls are characterized by a higher sympathetic activity, which determines a decrease in the stability of attention.
The predominance of parasympathetic tone in the regulation of heart rhythm in
young men allows them to maintain the stability of attention (performance and accuracy of the test) against a background of auditory load.
Key words: attention, heart rate variability, students, auditory load.
Krasnikova Inna Vladimirovna, candidate of biological sciences, docent, phisiolo-gyatspu. tula. ru, Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Krasnikov Gennady Viktorovich, candidate of biological sciences, docent, gvkras-nikovaigmail. com, Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Tyurina Miglena Iordanova, candidate of biological sciences, researcher, tyurinamgaimail. ru, Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Piskunova Galina Mikhailovna, candidate of biological sciences, manager of laboratory, _phisiologyaitspu. tula.ru, Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University.
