CC BY
46
УДК 612.821
ВЛИЯНИЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО СТРЕССА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ СТУДЕНТОВ *
INFLUENCE OF EXAMINATION STRESS ON CARDIOPULMONARY FUNCTION IN STUDENTS
Д. А. Димитриев, Е. В. Саперова D. A. Dimitriev, E. V. Saperova
ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева», г. Чебоксары
Аннотация. Установлено, что стресс реальной жизни, возникающий в ходе подготовки студентов к сдаче экзаменов в университете, может приводить к комплексу изменений в механизмах регуляции функционирования кардиореспираторной системы. Перед экзаменом объем форсированного выдоха за первую секунду был значительно ниже в группе студентов с низким уровнем тревожности по сравнению со студентами с высоким уровнем тревожности. В ситуации ожидания экзамена была обнаружена отрицательная обратная связь между значениями личностной тревожности и следующими показателями вариабельности сердечного ритма: SDNN, VLF, LF и HF.
Abstract. It is determined that the stress of real life affecting the students during their preparation for the exams in the university can lead to complex changes in regulatory mechanisms of functioning of the cardiopulmonary system. Before the exam the forced outward breath volume in the first second was significantly lower in the group of students with low level anxiety than in the high level anxiety group. In the situation of waiting for the exam degenerative feedback between scores of personal anxiety and SDNN, VLF, LF and HF components of heart rate variability were discovered.
Ключевые слова: экзаменационный стресс, кардиореспираторная система, тревожность, показатели функционирования легких, вариабельность сердечного ритма.
Keywords: examination stress, cardiopulmonary system, anxiety, lung function parameters, heart rate variability.
Актуальность исследуемой проблемы. В современной физиологии имеется большой объем литературных данных, свидетельствующих о связи между эмоциональной сферой, индивидуальными свойствами психики и функциональным состоянием организма [9], [11]. Кардиореспираторная система является одной из ведущих и во многом определяющих адаптацию организма к большому числу разнообразных факторов среды. Ряд исследователей отмечает влияние положительных и отрицательных эмоций на степень проявления заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем [1], [6], [11]. Указывается связь враждебности, пессимизма и негативных эмоций с показателями, отражающими бронхиальную проводимость и функционирование сердечно-сосудистой системы [1], [2].
* Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ (грант № 2.2.3.3/2028).
Важным показателем, отражающим эмоциональное состояние организма, является тревожность. Это связано с тем, что тревога возникает в ситуациях, связанных с оценочной деятельностью, и в субъективно значимых ситуациях, таких как экзамен. Исходя из этого, учет связей между тревожностью и функциональным состоянием кардиореспира-торной системы чрезвычайно важен для оценки адаптационных возможностей организма и прогнозирования его реакции на социальные нагрузки различного происхождения.
Одной из эмоционально значимых ситуаций, вызывающих выраженные вегетативные сдвиги, является ситуация сдачи экзамена. Состояние студентов в период экзамена, несомненно, можно рассматривать как стресс. В литературе имеются сведения об изменении показателей системы внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы при действии стрессоров реальной жизни [3], [5], эмоциональном стрессе [9], [11] и ментальном стрессе [7], [13], однако вопрос о функционировании кардиореспираторной системы в условиях экзаменационного стресса является недостаточно изученным. В связи с этим целью данной работы явилось изучение изменения показателей кардиореспираторной системы студентов при экзаменационном эмоциональном стрессе.
Материал и методика исследований. В исследовании приняли участие 227 практически здоровых студентов ЧГПУ им. И. Я. Яковлева в возрасте от 17 до 24 лет. Обследование проводилось дважды: в межсессионный период и непосредственно перед экзаменом по физиологии человека. Для изучения особенностей регуляции деятельности сердца осуществлялась регистрация сердечного ритма с помощью программно-аппаратного комплекса «Нейрософт». Снятие ритмограммы проводилось согласно рекомендациям Европейской Ассоциации Кардиологии [14]. Исходя из сложившихся в настоящее время теории и практики изучения стрессорных реакций в качестве оцениваемых показателей, нами были выбраны частота сердечных сокращений (ЧСС) и показатели функционирования вегетативной нервной системы, оцененные путем анализа последовательности кардиоинтервалов. Изучение функциональных параметров системы внешнего дыхания осуществлялось посредством микропроцессорного спирографа СМП-21/01-«Р-Д». Проводилась регистрация основных легочных объемов и исследование проходимости различных отделов трахеобронхиального дерева на основании скоростных и временных характеристик форсированного выдоха. Определялись частота дыхания (ЧД), минутный объем дыхания (МОД), жизненная емкость легких (ЖЕЛ), форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), индекс Тиффно (ОФВ1/ЖЕЛ), пиковая объемная скорость (ПОС), проходимость бронхов мелкого (МОС75), среднего (МОС50) и крупного (МОС25) калибров, средняя объемная скорость на отрезке от 25 % до 75 % объема (СОС25-75), время достижения ПОС (ТПОС), время форсированного выдоха (ТФЖЕЛ), должные значения ПОС (ДПОС), должные значения ОФВ1 (ДОФВ1), а также другие параметры спирометрии. Для количественной оценки уровня тревожности в межсессионный период и непосредственно перед экзаменом было проведено психологическое тестирование, которое включало в себя выявление уровня личностной (ЛТ) и ситуационной тревожности (СТ) посредством применения методики, разработанной C. D. Spielberger и соавт. (1967) [12]. Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием статистического пакета профессиональной статистики «Statistica 7.0 for Windows» с применением критерия знаков (Z) и дисперсионного анализа.
Результаты исследований и их обсуждение. Важнейшей особенностью высшей нервной деятельности, влияющей на характер реакции человека на воздействие социального фактора, имеющего эмоциональную значимость, является склонность к тревоге, опреде-
ляемая как личностная тревожность. Среднее значение ЛТ у студентов в межсессионный период составило 42,39±0,49 балла (95 % доверительный интервал: 41,42-43,35), что свидетельствует об умеренной личностной тревожности. Анализ распределения студентов по уровню личностной тревожности показал, что для 3,76 % исследованных студентов был характерен низкий уровень, для 54,14 % - умеренный, для 42,10 % - высокий уровень ЛТ. В межсессионный период среднее значение ситуационной тревожности составило 23,75±0,48 балла. При этом 77,94 % студентов имели низкий уровень, 19,12 % - умеренный и 2,94 % - высокий уровень СТ. Среднее значение показателя СТ у студентов в ситуации ожидания экзамена достоверно увеличилось до 42,11±0,74 баллов (2=11,46; Р<0,00001).
Среднее значение ЧСС в межсессионный период для исследуемых студентов составило 72,54±0,67 уд/мин. Перед экзаменом среднее значение пульса увеличилось до 82,89±0,80 уд/мин (Р<0,0001), что указывает на умеренное учащение сердечного ритма. Кроме того, произошло достоверное повышение значений АМо (с 39,60±0,91 % до 45,18±0,91 %; Р<0,001) и индекса ваго-симпатического баланса (с 1,99±0,11 до 2,69±0,13; Р<0,001), что свидетельствует об относительном увеличении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. В межсессионный период среднее значение индекса напряжения (ИН), отражающего степень напряжения регуляторных систем, составило 97,03±5,78 усл. ед., что указывает на удовлетворительную адаптацию студентов с относительным преобладанием нормотонии. Перед экзаменом среднее значение данного показателя увеличилось до 139,70±7,60 усл. ед. (Р<0,0001), что свидетельствует об удовлетворительной адаптации с относительным преобладанием симпатикотонии (рис. 1).
Меап
Меап±БЕ
Меап±1,96*БЕ
ИН
ИН (э)
Рис. 1. Среднее значение индекса напряжения в межсессионный период и перед экзаменом
Ситуация ожидания экзамена привела к снижению значений показателей, отражающих активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы: (МхБМи: с 0,330±0,009 до 0,304±0,010 с (Р<0,001); 8Б№Ч: с 0,057±0,001 до 0,049±0,001 с (Р<0,001); ЯМ88Б: с 0,052±0,002 до 0,038±0,001 с (Р<0,001); р^50: с 29,66±1,50 % до 17,76±1,22 % (Р<0,001); ИБ: с 1115,91±85,01 мс2 до 699,65±57,71 мс2 (Р<0,001) (рис. 2)). Отмеченные в настоящей работе снижение ВСР и повышенная тревожность, по мнению Ь. Я. Ми_)юа-Раго& и соавторов (2009) [8], могут быть связаны с дисрегуляцией компонентов лимбической системы.
Рис. 2. Среднее значение И¥ в межсессионный период и перед экзаменом
Результаты корреляционного анализа связи между тревожностью и значениями показателей функционирования сердечно-сосудистой системы свидетельствуют об отсутствии достоверных связей в межсессионный период и перед экзаменом между значениями показателей СТ и параметрами ВСР. Изучение связи между ЛТ и показателями ВСР свидетельствует об отсутствии выраженной связи в межсессионный период между этими переменными. В то же время такая связь появляется при сравнительном анализе изучаемых показателей перед экзаменом: между ЛТ и (Я=-0,217; Р=0,003), МхБМи (Я=-
0,216; Р=0,003), АМо (Я=0,154; Р=0,037), ИН (Я=0,195; Р=0,008), ЬБ (Я=-0,196; Р=0,008), ИБ (Я=-0,184; Р=0,012). Эти результаты указывают на значительное влияние индивидуальной склонности к тревоге на функциональное состояние парасимпатической регуляции сердечного ритма в условиях психоэмоционального стресса.
Анализ функционирования дыхательной системы студентов свидетельствует о том, что ситуация ожидания экзамена приводит к значительным изменениям значений показателей внешнего дыхания (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика средних значений показателей внешнего дыхания студентов в межсессионный период и перед экзаменом
Показатели Среднее значение 95 % доверительный интервал
ЧД (раз/мин) Межсессионный период 16,27±0,34 15,59-16,95
Экзамен 18,43±0,49*** 17,45-19,40
МОД (л) Межсессионный период 9,27±0,47 8,35-10,20
Экзамен 11,18±0,58*** 10,03-12,33
ЖЕЛ (л) Межсессионный период 3,82±0,08 3,67-3,97
Экзамен 3,78±0,09 3,61-3,96
ФЖЕЛ (л) Межсессионный период 3,68±0,08 3,52-3,85
Экзамен 3,65±0,06 3,49-3,82
ПОС (л/с) Межсессионный период 6,45±0,19 6,07-6,82
Экзамен 7,06±0,18*** 6,71-7,42
Показатели Среднее значение 95 % доверительный интервал
ОФВ1 (л) Межсессионный период 2,83±0,10 2,63-3,02
Экзамен 3,21±0,08*** 3,05-3,36
ОФВ1/ЖЕЛ (%) Межсессионный период 74,28±2,35 69,64-78,93
Экзамен 84,41±1,77** 80,90-87,92
МОС25 (л/с) Межсессионный период 5,59±0,17 5,25-5,92
Экзамен 6,22±0,15*** 5,92-6,52
МОС50 (л/с) Межсессионный период 4,56±0,12 4,32-4,80
Экзамен 5,02±0,12** 4,78-5,26
МОС75 (л/с) Межсессионный период 2,83±0,10 2,63-3,04
Экзамен 3,13±0,10** 2,94-3,33
СОС25-75 (л/с) Межсессионный период 4,20±0,12 3,96-4,44
Экзамен 4,63±0,12** 4,40-4,86
ТПОС (с) Межсессионный период 0,493±0,089 0,317-0,669
Экзамен 0,253±0,025** 0,204-0,301
ТФЖЕЛ (с) Межсессионный период 1,86±0,10 1,65-2,06
Экзамен 1,41±0,05*** 1,32-1,51
Примечание. Достоверность различий между межсессионным периодом и экзаменом: * - Р<0,05, ** - Р<0,01, *** - Р<0,001.
Перед экзаменом происходит достоверное повышение значений ЧД (2=4,26; Р=0,00002), которое, как известно, увеличивается во время эмоционально значимых ситуаций и при стрессе. Уровень индивидуальной тревожности может оказывать существенное влияние на частоту дыхания и другие параметры системы внешнего дыхания [2]. К центральным структурам, вовлеченным в процесс повышения частоты дыхания в эмоционально значимых ситуациях, могут относиться лимбическая система, особенно миндалина и височный полюс паралимбической области. Показано, что стимуляция миндалины приводит к быстрому росту частоты дыхания при страхе и тревоге. Активность нейронов коры грушевидной извилины и лимбической системы связана с инспираторной активностью С4 вентральных корешков спинномозговых нервов, ритмическая активность которых остается даже после полного отделения вышележащих отделов мозга от ствола мозга на уровне моста. Электрическая стимуляция нейронов коры грушевидной извилины и лимбической системы вызывает инспи-раторную активность С4 нейронов. Стимуляция вентролатеральной области продолговатого мозга, в которой происходит генерация дыхательных ритмов, индуцирует электрическую активность нейронов дорсальной области миндалевидного комплекса. Это связано с тем, что нейроны миндалевидного комплекса имеют реципрокные связи с дыхательными центрами продолговатого мозга и моста [15]. Спонтанная осцилля-торная активность нейронов грушевидной извилины и миндалевидного комплекса может осуществлять контроль дыхательного ритма при различных эмоциях, а также изменять частоту дыхания в ответ на изменение эмоций. Показано, что сенсорная стимуляция приводит к формированию страха посредством активации центрального ядра миндалевидного комплекса, гипоталамуса и ствола мозга [4]. Экспериментальные исследования показали, что важным компонентом данной системы является энто-
ринальная кора. Обнаружены реципрокные связи между амигдалой и энторинальной корой. Эти области получают прямые входы от обонятельной луковицы и непрямые -от нейронов грушевидной извилины [2].
Следствием увеличения ЧД является повышение МОД (2=3,38; Р=0,0007). Важнейшим критерием, характеризующим эффективность газотранспортной функции легких, является бронхиальная проводимость. Перед экзаменом произошло достоверное увеличение проводимости бронхов крупного МОС25 (2=3,74; Р=0,0002), среднего МОС50 (2=3,20; Р=0,0001) и мелкого МОС75 (2=2,83; Р=0,005) диаметров. Значения показателя средней объемной скорости выдоха на уровне 25-75 % от ФЖЕЛ (СОС25-75), в меньшей степени зависящей от произвольного усилия испытуемого и более объективно отражающей проходимость бронхов, также увеличились (2=2,65; Р=0,008). Кроме того, произошло повышение значений других параметров, отражающих проводимость бронхов: ПОС (2=3,93; Р=0,00009), ОФВ1 (2=4,51; Р=0,00001), ОФВ1/ЖЕЛ (2=2,83; Р=0,005) и снижение значений временных показателей функционирования системы внешнего дыхания: ТПОС (2=2,77; Р=0,006) и ТФЖЕЛ (2=4,40; Р=0,00001). Полученные данные свидетельствуют об увеличении степени бронхиальной проводимости при психоэмоциональном стрессе, что согласуется с литературными сведениями о том, что в легких активность симпатического отдела вегетативной нервной системы способствует расширению бронхов посредством влияния на гладкомышечные клетки кровеносных сосудов и на железы, выделяющие слизь [6].
В пользу гипотезы о связи между эмоциональной сферой и системой регуляции дыхания свидетельствует и тот факт, что описанные выше изменения состояния системы внешнего дыхания при стрессе сопровождались повышением уровня ситуационной тревожности (рис. 3).
Рис. 3. Динамика изменения частоты дыхания и уровня ситуационной тревожности в межсессионный период и перед экзаменом
Перед экзаменом студенты с умеренной ситуационной тревожностью по сравнению со студентами с высоким уровнем тревожности имели более высокие значения ЧД (соответственно: 19,16±0,65 и 16,66±0,82; Б=5,39; Р=0,023) и более низкие значения показателя
ПОС-ДПОС (%) (соответственно: 95,19±2,88 и 105,10±3,95; Р=4,04; Р=0,047). Студенты с низким уровнем ситуационной тревожности по сравнению со студентами с высоким уровнем тревожности имели более низкие значения ОФВ1 (соответственно: 2,81±0,25 и 3,39±0,11; Р=5,87; Р=0,02) (рис. 4), ОФВ1-ДОФВ1 (%) (соответственно: 90,62±8,22 и 107,80±3,05; Р=5,97; Р=0,019) и ТПОС (с) (соответственно: 0,343±0,101 и 0,176±0,030; Р=4,56; Р=0,039). Полученные нами данные свидетельствуют о том, что экзаменационный эмоциональный стресс сопровождается выраженными изменениями показателей внешнего дыхания. Эти результаты согласуются с данными Ь. Б. Шшт^оп и соавторов (2001) [10], которые указывают на то, что увеличение тревожности и депрессии сопровождается снижением значений показателей ОФВ1 и ПОС.
3,8
3,6
3,4
3,2
т 3,0 ©
О
2,8
2,6
2,4
2,2
Mean
Mean±SE
Mean±1,96*SE
низкии умеренный высоким Уровень ситуационной тревожности Рис. 4. Значения ОФВ1 у студентов с разным уровнем ситуационной тревожности
Резюме. Экзаменационный эмоциональный стресс приводит к достоверному увеличению значений показателей активности симпатического отдела вегетативной нервной системы и снижению парасимпатического тонуса. Высокий уровень личностной тревожности сопровождается достоверным увеличением значений показателей симпатической активности, снижением значений парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в ситуации ожидания экзамена. Повышение тревожности при экзаменационном стрессе сопровождается увеличением частоты дыхательных движений и увеличением бронхиальной проводимости, что может быть обусловлено активацией лимбической системы. Таким образом, изменение функциональных показателей кардиореспираторной системы может служить индикатором выраженности функциональных изменений в организме при стрессе реальной жизни.
ЛИТЕРАТУРА
1. Betensky, J. D. Depressive symptoms, trait aggression, and cardiovascular reactivity to a laboratory
stressor / J. D. Betensky, R. J. Contrada // Ann. Behav. Med. - 2010. - № 2 (Vol. 39). - P. 184-191.
2. Homma, I. Breathing rhythms and emotions / I. Homma, Y. Masaoka // Exp. Physiol. - 2008. -№ 9 (Vol. 93). - Р. 1011-1021.
3. Klonoff, E. A. Psychological factors in sarcoidosis: the relationship between life stress and pulmonary function / E. A. Klonoff, M. E. Kleinhenz // Sarcoidosis. - 1993. - № 2 (Vol. 10). - Р. 118-124.
4. LeDoux, J. E. Emotion circuits in the brain / J. E. LeDoux // Annu. Rev. Neurosci. - 2000. - Vol. 23. -
Р. 155-184.
5. Lucini, D. Hemodynamic and autonomic adjustments to real life stress conditions in humans / D. Lucini, G. Norbiato, M. Clerici et al. // Hypertension. - 2002. - Vol. 39. - Р. 184-188.
6. Marshall, G. D. Stress, immune regulations, and immunity: applications for asthma / G. D. Marshall, S. K. Agarwal // Allergy Asthma Proc. - 2000. - Vol. 21. - Р. 241-246.
7. Masaoka, Y. Anxiety and respiratory patterns: their relationship during mental stress and physical load / Y. Masaoka, I. Homma // Int. J. Psychophysiol. - 1997. - № 2 (Vol. 27). - Р. 153-159.
8. Mujica-Parodi, L. R. Limbic dysregulation is associated with lowered heart rate variability and increased trait anxiety in healthy adults / L. R. Mujica-Parodi, M. Korgaonkar, B. Ravindranath et al. // Hum. Brain Mapp. -2009. - № 1 (Vol. 30). - P. 47-58.
9. Ono, M. Physiological and psychological responses to expressions of emotion and empathy in post-stress communication / M. Ono, M. Fujita, S. Yamada // J. Physiol. Anthropol. - 2009. - № 1 (Vol. 28). - P. 29-35.
10. Rimington, L. D. Relationship between anxiety, depression, and morbidity in adult asthma patients / L. D. Rimington, D. H. Davies, D. Lowe et al. // Thorax. - 2001. - № 4 (Vol. 56). - Р. 266-271.
11. Ritz, T. Emotions and stress increase respiratory resistance in asthma / T. Ritz, A. Steptoe, S. DeWilde et al. // Psychosom. Med. - 2000. - № 3 (Vol. 62). - Р. 401-412.
12. Spielberger, C. D. The state - trait anxiety inventory. Preliminary test manual for Form B / C. D. Spielberger, R. L. O’Gorsuch, R. E. Lushene. - Florida State University, 1967. - P. 168.
13. Taelman, J. Influence of Mental Stress on Heart Rate and Heart Rate Variability / J. Taelman, S. Vande-put, A. Spaepen et al. // 4th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering. - 2009. - Vol. 22. - P. 1366-1369.
14. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use // Circulation. - 1996. - № 5 (Vol. 93). - P. 1043-1065.
15. Yasui, Y. Amygdaloid axon terminals are in contact with trigeminal premotor neurons in the parvicellular reticular formation of the rat medulla oblongata / Y. Yasui, T. Tsumori, T. Oka et al. // Brain Res. - 2004. -№ 1016. - Р. 129-134.
