CC BY
77
УДК 57.017.32
ВЛИЯНИЕ МЕНТАЛЬНОГО СТРЕССА НА СЕРДЕЧНЫЙ РИТМ СТУДЕНТОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ВЕГЕТОТИПАМИ
И.В. Красникова, Г.В. Красников, Г.М. Пискунова
Проведено исследование умственной нагрузки на показатели вариабельности сердечного ритма у студентов-добровольцев. Ментальный стресс вызывает изменения статистических и спектральных показателей сердечного ритма студентов. Характер адаптации к стрессовому воздействию зависит от исходного уровня вегетативного баланса.
Ключевые слова: ментальный стресс, вариабельность сердечного ритма, вегетативный баланс.
Введение
Деятельность студентов сопровождается периодическим воздействием социальных, экологических, информационных, гигиенических факторов. Наиболее характерным психофизиологическим состоянием, развивающимся под влиянием этих факторов, является ментальный или информационный стресс [1, 2]. Значительная информационная нагрузка, как любой стресс, проявляется напряжением регуляторных систем и мобилизацией функциональных резервов [1, 3].
В случае несоответствия индивидуально-типологических особенностей студентов требованиям когнитивной деятельности, возникают отрицательные эмоции, нарушающие оптимальное психическое и функциональное состояние вегетативной нервной системы (ВНС), что снижает эффективность деятельности. При этом степень напряжения регуляторных систем у человека, в силу генетических особенностей нервной системы, проявляется по-разному [4, 5].
Как показывают исследования, наиболее чувствительным индикатором адаптационных реакций организма является сердечнососудистая система. Среди характеристик сердечно-сосудистой системы наиболее информативным и удобным для исследования является вариабельность сердечного ритма (ВСР), которая хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем [6-8].
Целью данной работы была оценка влияния ментального стресса на показатели вариабельности ритма сердца студентов.
Материалы и методы
В исследовании приняли участие 25 практически здоровых, некурящих девушек-студенток в возрасте 18-22 лет. Все испытуемые давали добровольное согласие на участие в эксперименте на основе
полной информированности о методе и ходе проведения процедуры. Испытуемые воздерживались от приема вазоактивных препаратов, алкогольных и кофеиносодержащих напитков, по меньшей мере, за 4 часа до исследования.
Для анализа вариабельности сердечного ритма испытуемых использовали метод вариационной пульсометрии по критериям Р.М. Баевского на основе регистрации электрокардиограммы [3, 4]. Регистрацию ЭКГ проводили во втором стандартном отведении с помощью аппаратно-программного диагностического комплекса «Валента» (ООО «Компания Нео», Россия). Комплекс обеспечивал автоматическую регистрацию и анализ последовательности RR-интервалов.
В работе оценивали ряд стандартных статистических и спектральных показателей ВСР: среднее значение RR-интервала, вариационный размах (Ax), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), среднее квадратичное отклонение (СКО), индекс напряжения (ИН), индекс вагосимпатического взаимодействия (соотношение LF/HF), абсолютную мощность в диапазонах медленных волн (LF), очень медленных волн (VLF), высокочастотных волн (HF) [8].
Для моделирования ментального стресса использовали умственную нагрузку, которая заключалась в складывании пар чисел. Для этого использовали известную методику «Счет по Крепелину». Задание необходимо было выполнять сначала без ограничения по времени, а затем по инструкции, ограничивающей время выполнения задания [9].
Эксперимент осуществляли по следующей схеме: I этап -контрольная запись ЭКГ (5 мин); II этап - запись ЭКГ на фоне счета по Крепелину без учета времени (5 мин); III этап - запись ЭКГ на фоне счета в условиях дефицита времени (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 прир < 0.05.
Результаты и обсуждение
В результате предварительного анализа кардиоритмограмм была выявлена высокая индивидуальная вариабельность индекса напряжения. По значению ИН всех испытуемых разделили на 3 группы: ваготоники -56 % (ИН менее 60 усл.ед), нормотоники - 28 % (ИН от 60 до 120 усл.ед), и симпатотоники - 16 % (ИН более 120 усл.ед) (табл. 1).
В результате эксперимента нами было показано, что ментальный стресс вызывает изменения статистических показателей ВСР студентов.
При этом в выделенных экспериментальных группах отмечается различная динамика изменений исследуемых параметров.
Таблица 1
Статистические показатели вариабельности сердечного ритма _ у студентов во время эксперимента_
Этап Экспериментальная группа
Показатель эксперимента Ваготоники Нормо-тоники Симпато-тоники
ЯК-интервал, I II 0.85±0.03 0.74±0,03* 0.70±0.02 0.64±0.02* 0.67±0.03 0.63±0.04*
с III 0.71±0.04* 0.65±0.02 0.63±0.03*
I 0.088±0.005 0.053±0.002 0.043±0.004
СКО, с II 0.098±0.008* 0.080±0.014 0.043±0.006
III 0.100±0.010 0.070±0.007 0.048±0.008
I 0.91±0.03 0.74±0.02 0.71±0.03
Мо, с II 0.77±0.05* 0.71±0.01 0.68±0.05*
III 0.73±0.05 0.69±0.02 0.69±0.05
I 27.5±1,4 41.4±2,2 51.3±3.1
АМо, % II 29.8±1.6 43.0±4.4 51.5±4.9
III 35.7±2.8* 42.0±2.3 52.5±4.9
I 30.9±2,9 87.1±4.8 149.5±12.1
ИН, усл. ед. II 38.2±3.5* 101.0±25.9* 204.3±49.6*
III 52.1±9.5* 92.7±17.3 172.5±75.3
I 0.46±0.03 0.32±0.02 0.24±0.01
Ах, с II 0.58±0.04* 0.38±0.06 0.22±0.04
III 0.49±0.03 0.39±0.06 0.43±0.16*
Указаны средние значения и стандартные ошибки. «*» отмечены
достоверно различающиеся значения по сравнению с этапом I (р<0.05).
В ходе нашего исследования отмечалось достоверное уменьшение длительности ЯК-интервала в общей группе во время второго и третьего этапов на 12 и 13 % соответственно. Было показано, что на первом этапе эксперимента среднее значение ЯК-интервала статистически достоверно уменьшается в группе ваготоников на 13 %, в группе нормотоников на 9 % и в группе симпатотоников - на 6 %, что свидетельствует о реакции сердечно-сосудистой системы на оказываемое воздействие. Выполнение задания в условиях дефицита времени приводило к дальнейшему статистически достоверному снижению длительности ЯК-интервала только в группе ваготоников, а в двух других группах значимых изменений не происходило.
Вариационный размах и СКО отражают изменение парасимпатического тонуса [6, 7]. Наиболее значительные изменения Ах в
ходе эксперимента отмечаются в группе ваготоников. Так, при выполнении теста без учета времени Ах увеличивается на 26 %, умственная нагрузка при дефиците времени приводит к увеличению этого показателя на 6 % по сравнению с контролем. В группе нормотоников выполнение задания также приводит к увеличению Ах (на 19 % и 22 % соответственно). В группе симпатотоников наблюдались противоположные тенденции: на втором этапе эксперимента Ах уменьшался на 8 %, а на третьем - увеличивался на 79 % по сравнению с первым этапом.
Значение СКО в общей группе увеличивается на 11 % во время выполнения нагрузочных тестов, при этом ограничение во времени не меняет значение этого показателя. Однако в экспериментальных группах отмечается разнонаправленная динамика этого показателя. Так, в группе ваготоников выполнение теста в двух вариантах приводит к увеличению СКО примерно на 11 %. В группе нормотоников на втором этапе эксперимента СКО возрастает на 33 %, а на третьем - происходит снижение на 13 % по сравнению с предыдущим этапом. В группе симпатотоников значение СКО исходно ниже на 51 % по сравнению с ваготониками, на 19 % по сравнению с нормотониками и в ходе выполнения заданий не меняется
Мода отражает уровень функционирования синусового узла [6, 7]. В общей группе выполнение задания без ограничения времени приводит к достоверному снижению Мо на 11 %, в условиях дефицита времени Мо уменьшается еще на 3 %. Такая же динамика Мо отмечается только в группе ваготоников (15 и 5 % соответственно). В двух других экспериментальных группах Мо значимо не меняется.
Амплитуда моды отражает эффект стабилизирующего влияния симпатической нервной системы на кардиоритм [6, 7]. В группе ваготоников среднее значение АМо увеличивается на 7 % при выполнении задания без ограничения времени и на 29 % при дефиците времени. В группах нормотоников и симпатотоников подобных изменений не отмечается. Это отражает включение различных контуров регуляции функций в исследуемых группах при воздействии стрессового фактора
Индекс напряжения отражает активность механизмов симпатической регуляции [6, 7]. Под влиянием ментального стресса ИН увеличивается в общей группе на 26 % на втором этап и на 30 % на третьем этапе эксперимента. Во время выполнения задания без ограничения времени индекс напряжения у ваготоников достоверно возрастает на 27 %, а при дефиците времени - на 68 % по сравнению с контролем. В группе нормотоников на втором этапе эксперимента ИН увеличивается на 16 %, на третьем этапе отмечается увеличение всего лишь на 6 % по сравнению с исходным значением. В группе симпатотоников выполнение задания на втором этапе сопровождается
значительным ростом ИН (на 36 %), но то же задание в условиях ограничения по времени приводит к увеличению ИН только на 15 % по сравнению с контрольным значением. Это отражает значительное увеличение симпатического тонуса и активности центрального контура управления у ваготоников и отсутствие такой реакции в группах нормотоников и симпатотоников.
Результаты анализа спектральных показателей ВСР представлены в табл. 2.
Таблица 2
Спектральные характеристики сердечного ритма студентов
при влиянии ментального стресса
Этап
Показатель эксперимента Ваготоники Нормотоники Симпатотоники
I 767±128 215±35 210±43
VLF, мс2 II 851±199 612±234* 152±21
III 785±165 206±78 278±104
I 2035±535 653±101 317±49
LF, мс2 II 1286±178* 1385±511* 228±78
III 2448±1418* 1474±796 260±102
I 1779±339 608±105 360±30
HF, мс2 II 2610±701* 2280±942* 292±112
III 3505±1045* 1238±468* 673±347*
I 1.46±0.28 1.2±0.2 0.87±0.09
LF/HF II 1.01±0.31* 0.69±0.3* 0.83±0.07
III 0.85±0.24* 0.99±0.3 0.53±0.10*
Указаны средние значения и стандартные ошибки. «*» отмечены достоверно различающиеся значения по сравнению с этапом I (р<0.05).
Абсолютная мощность в диапазоне очень низкочастотных колебаний (УЪБ) отражает мобилизацию энергетических и метаболических резервов [6-8]. В ходе нашего исследования было показано, что абсолютная мощность в УЬБ диапазоне у ваготоников под влиянием ментального стресса практически не меняется. В группе нормотоников происходило увеличение этого показателя почти в 3 раза при работе без ограничения по времени, а выполнение задания при дефиците времени сопровождалось возвращением мощности УЬБ к исходному уровню. В группе симпатотоников мощность УЬБ на втором этапе уменьшалась на 28 %, а на третьем - увеличивалась на 32 %. Это отражает различную степень мобилизации энергетических и метаболических резервов центрального контура регуляции при функциональном воздействии у представителей разных типологических групп.
Абсолютная мощность LF-диапазона характеризует состояние системы регуляции сосудистого тонуса. На мощность в этом диапазоне оказывают влияние изменения тонуса как симпатического (преимущественно), так и парасимпатического отдела ВНС [6-8]. В ходе наших исследований было показано, что абсолютная мощность LF-диапазона у ваготоников снижается на 37 % при выполнении задания без ограничения времени, а при ограничении времени наблюдается увеличение этого спектрального показателя. Это указывает на повышения уровня активности симпатического отдела вегетативной нервной системы у ваготоников в условиях дефицита времени. В группе нормотоников выполнение нагрузочного теста в обоих вариантах приводит к двукратному увеличению абсолютной мощности LF-диапазона. В группе симпатотоников этот показатель в ходе эксперимента практически не меняется.
Мощность в диапазоне высокочастотных колебаний HF, в основном, связана с дыхательными движениями и отражает парасимпатический контроль сердечного ритма [6-8]. Под влиянием ментального стресса этот показатель достоверно увеличивается в группе ваготоников и симпатотоников на III этапе, а у нормотоников - на втором, что свидетельствует о повышении парасимпатического тонуса.
Под влиянием ментального стресса индекс вагосимпатического взаимодействия достоверно снижался в группах ваготоников и симпатотоников, что указывает на уменьшение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции сердечного ритма. В группе нормотоников его значение на втором этапе снижается, а на третьем - повышается.
Нами были проанализированы результаты выполнения нагрузочных тестов студентами с различным уровнем активности отделов вегетативной нервной системы. Проведена оценка как абсолютных, так и относительных показателей эффективности выполнения задания в исследуемых группах.
При выполнении теста без ограничения времени максимальное количество сложенных пар чисел отмечается в группе нормотоников, минимальное - симпатотоников. В этих условиях симпатотоники допускают максимальное количество ошибок (приблизительно на 100 % больше, чем ваготоники и примерно на 30 % больше, чем симпатотоники). Продуктивность работы (число сложенных пар чисел в единицу времени) минимальна у симпатотоников при максимальном относительном количестве ошибок.
Выполнение задания при ограничении времени приводит к повышению продуктивности выполнения задания во всех трех группах (ваготоников - на 24 %, у нормотоников - на 26 %, у симпатотоников - на 38 %). При этом относительное количество ошибок увеличивается в
группе ваготоников почти в 2.5 раза, в группе симпатотоников на 43 %, а в группе нормотоников практически не меняется.
Таким образом, характер реагирования на ментальное стрессовое воздействие зависит от исходного тонуса отделов вегетативной нервной системы.
Группа ваготоников характеризуется повышенным базовым тонусом парасимпатического отдела ВНС. Выполнение нагрузочного теста без ограничения времени приводит к повышению тонуса как парасимпатического, так и симпатического отделов ВНС. Ограничение во времени ведет к резкой дополнительной активации тонуса ВНС, особенно симпатического отдела. В этих условиях продуктивность работы увеличивается на 24 %, но при этом на 230 % увеличивается относительное количество ошибок, т.е. происходит увеличение скорости выполнения задания за счет потери качества. Можно предположить, что дефицит времени является дополнительным стрессовым фактором для ваготоников.
Группа нормотоников характеризуется промежуточными значениями показателей ВСР, что отражает сбалансированность механизмов, регулирующих сердечный ритм, в условиях относительного покоя. Выполнение нагрузочного теста без ограничения времени приводит к изменению показателей ВСР, которое указывает на активацию и симпатического, и парасимпатического отделов ВНС. У нормотоников отмечается максимальное количество сложенных пар. В условиях дефицита времени продуктивность выполнения задания увеличивается на 22 %, при этом относительное количество ошибок не меняется. По-видимому, ограничение времени не является для нормотоников дополнительным фактором напряжения.
Группа симпатотоников характеризуется повышенным базовым тонусом симпатического отдела ВНС. При отсутствии ограничения времени у симпатотоников отмечается наименьшее количество сложенных пар при максимальном количестве ошибок. Однако дефицит времени на выполнение задания приводит к наибольшему приросту продуктивности (на 38 %) при значительном приросте относительного количества ошибок.
Таким образом, ментальный стресс вызывает достоверные изменения статистических и спектральных показателей вариабельности сердечного ритма студентов. Характер реакции на ментальное стрессовое воздействие зависит от исходного уровня активности отделов вегетативной нервной системы. В группах ваготоников и нормотоников ментальный стресс проявляется значительным повышением тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. В группе симпатотоников повышенный симпатический тонус и отсутствие увеличения уровня стресс-лимитирующего парасимпатического тонуса не позволяют адекватно справляться с ментальной нагрузкой.
Список литературы
1. Димитриев Д.А., Саперова Е.В. Вариабельность сердечного ритма и артериальное давление при ментальном стрессе // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2015. Т. 101. № 1. С. 98-107.
2. Бодров В. А. Информационный стресс: учеб. пособие для вузов. М.: ПЕР СЭ, 2000. 352 с.
3. Данилова Н. Н. Сердечный ритм и информационная нагрузка // Вестник МГУ. Сер. 14. Психология. 1995. № 4. С. 14-27.
4. Особенности системы вегетативного управления сердцем у испытуемых с различным типом вегетативной регуляции / Е.Н. Чуян, Е.А. Бирюкова, М.Ю. Раваева [и др.] // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: Биология, химия. 2009. Т. 22. № 1 (61). С. 113-133.
5. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. 259 с.
6. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека. 2002. Т. 28. №2. С. 72-82.
7. Баевский Р.М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л.В. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем. М.: Наука, 2000. 40с.
8. 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.
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., phisiology@,tspu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Красников Геннадий Викторович канд. биол. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,
Пискунова Галина Михайловна канд. биол. наук, зав. лабораторией, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
INFLUENCE OF MENTAL STRESS ON THE HEART RHYTHM OF STUDENTS WITH DIFFERENT TYPE OF VEGETATIVE BALANCE
I.V. Krasnikova, G.V. Krasnikov, G.M. Piskunova
A study of the mental strain on the variability of the heartbeat of the volunteer stu-
dents was carried out. Mental stress causes a change in the statistics and spectral parameters of the heart rhythm of students. The nature of adaptation to stress depends on the original level of the vegetative balance.
Key words: mental stress, variability heart rhythm, vegetative balance.
Krasnikova Inna Vladimirovna, candidate of biological sciences, docent, phisiology@ tspu.tula.ru, Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Krasnikov Gennady Viktorovich, candidate of biological sciences, docent, [email protected], Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Piskunova Galina Mikhailovna, candidate of biological sciences, manager of laboratory, [email protected], Russia, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University.
