CC BY
26
УДК 616.12+612.6+796.01
ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УДАРНОГО ОБЪЕМА УЧАЩИХСЯ МЛАДШИХ КЛАССОВ
Е.В. Быков, O.A. Казакова, Е.А. Мекешкин ЮУрГУ, г. Челябинск
Отражены возрастные и гендерные особенности активности различных уровней нейровегетативной регуляции инотропной функции учащихся младших классов в условиях влияния повышенных умственных нагрузок.
Ключевые слова: нейровегетативная регуляция, артериальное давление, умственные нагрузки.
Актуальность. Высокие требования к уровню современного образования реализуются через интенсификацию учебного процесса, внедрение в педагогическую практику компьютерных средств обучения уже на начальной ступени, использование инновационных программ сопряжено с повышением объема и интенсивности умственных нагрузок. В настоящее время необходимым техническим средством обучения становятся компьютеры [6, 7]. В настоящее время активно обсуждается на уровне Правительства РФ вопрос о внедрении шахматного всеобуча в учебный процесс в младших классах школы. В г. Челябинске программа интеллектуально-игрового всеобуча охватывает более 40 школ и 4000 учащихся младших классов, предусмотрено выделение 10 часов в неделю для проведения таких дополнительных занятий, однако должного научно-методического и психофизиологического обоснования этот проект пока не получил. В этой связи многие авторы отмечают, что сегодня оптимизация процесса обучения требует тщательного учета физиологической цены, которую платит ученик за усвоение и приобретение знаний, формирование умений и навыков [2, 3, 5] и в этом аспекте важное значение придается оценке напряжения регуляторных механизмов деятельности сердечно-сосудистой системы [1, 4, 8]. Наряду с этим, в литературе отсутствуют данные о возрастно-половых особенностях нейровегетативной регуляции инотропной функции сердца у учащихся младших классов с различным уровнем умственных нагрузок.
Цель работы: изучение возрастной динамики спектральных характеристик ударного объема сердца у младших школьников обоего пола с различным уровнем умственных нагрузок.
Исследования проведены на базе МОУ СОШ № 98 и 100 г. Челябинска и в научной лаборатории факультета физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета (2008-2010 гг.). Основную группу составили учащиеся 2-4-х классов обоего пола, занимающиеся по программе интеллектуально-игрового всеобуча, груп-
пу контроля - их сверстники: мальчики и девочки (п = 30 в каждой подгруппе).
В табл. 1 представлены результаты спектрального анализа медленноволновой вариабельности ударного объема (УО) учащихся 2-го класса. В исходном положении величина ударного объема во всех подгруппах соответствует возрастно-половой норме.
Величина общей мощности спектра (ОМС) была выше на 20-40 % у мальчиков по сравнению с девочками за счет более выраженной активности гуморально-метаболических факторов и надсег-ментарного уровня регуляции. Мощность колебаний, отражающих влияние сегментарных структур ВНС (нервная регуляция инотропной функции сердца), в подгруппах учащихся 2-х классов не имела существенных различий. Однако, доля этих факторов регуляции ударного объема у девочек была выше (40,4-42,2 % против 33-35,7 % у мальчиков); суммарный вклад сегментарного уровня регуляции У О был выше, чем надсегментарных структур, за исключением подгруппы мальчиков основной группы.
Влияние умственной нагрузки привело к ряду изменений, как самого показателя, так и его мощности (тенденция к снижению), что свидетельствует о напряжении механизмов регуляции инотропной функции, более выраженное в группе контроля: наиболее значимое снижение ОМС было выявлено у мальчиков, а наиболее низкая ее величина сохранялась у девочек (как и в состоянии покоя). Изменения мощности спектра в различных диапазонах несущественны, но разнонаправленны: тенденция к снижению активности надсегментарных и гуморально-метаболических факторов регуляции сочеталась с повышением мощности колебаний, отражающих роль нервных механизмов, связанных с сегментарными структурами (НЧ- и ВЧ-колебания). Имелись и гендерные различия: у девочек мощность ВЧ-колебаний (следовательно, роль парасимпатического отдела ВНС в регуляции У О после умственной нагрузки) больше, чем у мальчиков (р < 0,05). При анализе показате-
Таблица 1
Результаты спектрального анализа медленноволновой вариабельности ударного объема второклассников в состоянии покоя (1) и после проведения пробы с умственной нагрузкой (2) (М ± т)
Девочки Мальчики
основная контрол. Р основная контрол. Р
УО, мл 1 39,42 ± 2,23 45,44 ± 3,84 >0,05 43,55 ±2,17 46,20 ± 1,83 >0,05
2 34,37 ± 1,80 39,13 ± 3,04 >0,05 37,95 ± 1,59 41,17 ± 1,70 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 <0,05
ОМС, уел. ед. 1 23,01+2,53 19,26 ± 2,01 >0,05 27,73 ± 3,14 28,15 ±4,10 >0,05
2 20,98 ± 2,53 16,23 ±2,01* >0,05 24,97 ± 2,89 22,32 ± 2,02 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 <0,05
УНЧ, уел. ед. 1 1,87 ±0,27* 1,76 ±0,41* >0,05 3,29 ±0,51 3,12 ± 0,40 >0,05
2 1,12 ±0,28* 1,15 ±0,16 >0,05 2,82 ± 0,42 1,89 ±0,24 >0,05
Р >0,05 <0,01 >0,05 <0,05
ОНЧ, уел. ед. 1 7,91 ±0,98* 7,30 ± 0,82 >0,05 11,75 ± 1,37 9,67 ± 1,05 >0,05
2 4,70 ± 0,66** 4,45 ± 0,55* >0,05 9,72 ± 1,09 7,19 ± 0,94 >0,05
Р <0,05 >0,05 >0,05 >0,05
нч, уел. ед. 1 9,71 ± 1,12 7,78 + 0,70 <0,05 9,16 ± 1,28 10,06 ± 2,13 <0,05
2 10,69 ± 1,95 8,28 ± 0,99* >0,05 9,98 ± 1,05 11,77 ±0,87 >0,05
Р >0,05 > 0,05 >0,05 >0,05
вч, уел. ед. 1 3,53 ± 0,42 2,42 ±0,27** <0,05 3,67 ± 0,52 5,31 ±0,69 >0,05
2 4,47 ±0,55* 2,36 ± 0,32* <0,01 2,45 ± 0,43 1,47 ±0,31 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 <0,01
Примечание. * - достоверность гендерных различий при р < 0,05, ** - при р < 0,01.
лей относительной мощности спектра были установлены различия, связанные как с «возрастным» фактором обследуемых детей, так и со степенью адаптации к умственным нагрузкам. Проведение данной пробы обусловило снижение у большинства детей значимости как метаболических (доля колебаний в УНЧ-диапазоне спектра), так и нейрогу-моральных (доля ОНЧ-колебаний) факторов, кроме мальчиков основной группы. В группе мальчиков основной группы доля надсегментарных влияний сохранилась более 50 % ОМС, у всех других детей - снизилась до 27-40 %. Соответственно, у них значительно повысилась значимость сегментарных структур нервной системы за счет увеличения роли симпатического отдела (повышение доли НЧ-колебаний) и парасимпатического (ВЧ-колеба-ния), но только у девочек обеих групп.
В 3-м классе ОМС была наибольшей у мальчиков по сравнению с девочками за счет более высокой активности надсегментарного уровня регуляции, о чем свидетельствовали показатели мощности УНЧ- и ОНЧ-колебаний, при этом доля ОНЧ-колебаний составляла 27-42 %. Наиболее высока доля НЧ-колебаний (от 40 до 50 %), что отражает значимость симпато-адреналовых влияний на ино-тропную функцию сердца.
Умственная нагрузка обусловила тенденцию к снижению ОМС за счет уменьшения мощности ОНЧ-колебаний у мальчиков основной и контрольной группы. Во всех подгруппах доля этих флюктуаций снижалась до 27-30 %. Умственная нагрузка
приводила к повышению активности симпатического отдела АВС (относительная мощность колебаний в диапазоне ОНЧ превышала 50 %).
У учащихся 4-х классов У О и его ОМС увеличились по сравнению с второклассниками, что отражает возрастную динамику показателей (табл. 2).
Значения У О находились в пределах возраст-но-половой нормы. В сравнительном аспекте выявлено возрастное повышение мощности ОНЧ-(у девочек обеих групп), НЧ- (в 1,5-2 раза во всех подгруппах) и ВЧ-колебаний (в различных подгруппах степень увеличения различна). Гендерные различия заключаются в наличии у девочек более высокой мощности ОНЧ- (на 30-50 %), НЧ-коле-баний (15-20 %) и ВЧ-колебаний (более чем в 2 раза, р < 0,01) по сравнению с мальчиками. Имелись межгрупповые различия доли колебаний в УНЧ-диапазоне спектра (у девочек 7,5 % в основной и 13,4 % в контрольной; у мальчиков 8,8 и
18.8 %), а доля ОНЧ-колебаний была одинакова. Существенно выше у девочек значимость в регуляции инотропной функции парасимпатического отдела ВНС (доля ВЧ-колебаний) (21,3 % в основной группе и 14,5 % в контрольной, а у мальчиков
9.8 % и 6,6 % соответственно).
Проба с умственной нагрузкой привела к снижению У О с тенденцией к снижению ОМС (кроме мальчиков основной группы) и малозначимыми изменениями спектральных характеристик, в отличие от детей-второклассников. У мальчиков 1-й группы была наиболее низкая величина мощ-
Интегративная физиология
Таблица 2
Результаты спектрального анализа медленноволновой вариабельности ударного объема четвероклассников в состоянии покоя (1) и после проведения пробы с умственной нагрузкой (2) (М ± т)
Девочки Мальчики
основная контрол. Р основная контрол. Р
УО, мл 1 51,95 ± 3,55 58,27 ±4,40 >0,05 48,00 ±2,12 50,25 ± 2,94 >0,05
2 47,58 ± 3,59 44,23 ± 3,76 >0,05 42,08 ± 2,26 43,00 ± 2,97 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
ОМС уел. ед. 1 39,36 + 4,19 43,40 ± 4,95 >0,05 28,76 ±3,10 33,30 ±3,71 >0,05
2 34,00 + 4,05 37,42 ± 4,07 >0,05 29,82 ± 3,56 31,17 ±3,38 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
УНЧ уел. ед. 1 2,89 ± 0,38 5,83 ± 0,87 <0,01 2,53 ± 0,66 6,26 ± 0,86 <0,01
2 2,86 ± 0,34 3,29 ± 0,40 >0,05 2,23 ± 0,72 3,47 ± 0,91 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
ОНЧ уел. ед. 1 12,90 ± 1,79 14,91 ±2,24 >0,05 9,58 ± 1,28 9,25 ± 1,36 >0,05
2 11,18 ± 1,67 12,47 ± 1,67 >0,05 11,53 ± 1,59 7,99 ± 1,57 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
НЧ уел. ед. 1 18,78 + 2,81 18,14 ±2,03 >0,05 14,49 ± 1,93 16,25 ± 1,74 >0,05
2 16,49 + 1,63 17,55 ± 1,99 >0,05 12,70 ± 1,47 16,80 ±2,41 <0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
вч уел. ед. 1 4,78 ± 0,62** 4,42 ± 0,55*** >0,05 2,16 ±0,28 1,54 ±0,22 >0,05
2 3,48 ± 0,52 4,10 ±0,67 >0,05 3,36 ± 0,42 2,89 ± 0,64 >0,05
Р >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
Примечание. ** - достоверность гендерных различий при р < 0,01, *** - при р < 0,001.
ности НЧ-колебаний. Кроме того, только у них имела место тенденция к возрастанию среднегрупповой величины мощности ОНЧ-колебаний, тогда как в других подгруппах динамика была противоположной. У мальчиков основной группы была наиболее высокой значимость гуморальных факторов и надсегментарного уровня регуляции (доля ОНЧ-колебаний 38,67 ± 1,06 %) - более чем в 1,5 раза больше, чем у сверстников (25,63 ± 1,14 %, р < 0,001). Значимость влияния симпатического отдела ВНС была максимальной у мальчиков контрольной группы (53,9 %). Обращает внимание разнонаправленный характер динамики мощности ВЧ-колебаний: у девочек с тенденцией к снижению; у мальчиков - к увеличению, такого рода изменения были отмечены у девочек 2-х классов. Аналогичным образом изменялась также их относительная мощность.
Заключение. Представленные результаты позволяют судить о гетерохронности развития ней-ровегетативной регуляции насосной функции сердца детей 7-10 лет, обучающихся в младших классах. В нейровегетативной регуляции инотроп-ной функции выявлены как возрастные и гендерные, так и адаптационные перестройки, связанные с систематическим влиянием повышенного уровня умственных нагрузок на организм детей. Возрастные изменения заключаются в увеличении активности сегментарного уровня регуляции (абсолютной мощности НЧ- и ВЧ-колебаний), повышении симпатикотонических влияний в состоянии покоя;
менее выраженном возрастании активности надсегментарного уровня регуляции инотропной функции (мощность ОНЧ-колебаний) в состоянии покоя и более высоком их уровне у девочек при пробе с умственной нагрузкой, а также повышении в целом роли надсегментарных структур при этой пробе (судили по относительной мощности ОНЧ- и НЧ-колебаний). Установлено повышение парасимпатикотонических влияний на вариабельность У О у девочек в более раннем возрасте (во 2-м классе), чем у мальчиков (в 4-м классе).
Возрастание парасимпатикотонических влияний на инотропную функцию миокарда в ответ на умственную нагрузку, как адаптивный вариант ответной реакции, у мальчиков формируется позднее, чем у девочек. Как дезадаптивный характер изменений нейровегетативной регуляции рассматривается выраженная симпатикотоническая регуляция инотропной функции после умственной нагрузки, что наиболее часто встречалось у мальчиков группы контроля.
Работа выполнена при поддержке Гранта
МО РФ Же 4960.
Литература
1. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации): протокол № 4 от 11.04.2000 Комиссии по клинико-диагностическим приборам и аппаратам Комитета по новой медицинской технике М3 РФ /
P.M. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В. Чирейкин и др. // Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение: тез. докл. междунар. симп. - Ижевск: Изд-во У дм. ун-та, 2003. - С. 200-255.
2. Безруких, М.М. Возрастная динамика и особенности формирования психофизиологической структуры интеллекта у учащихся начальной школы с разной успешностью обучения /М.М. Безруких, Е.С. Логинова // Физиология человека. -2006. - Т. 32, Ml.-С. 15.
3. Быков, Е.В. Сравнительная оценка функционального состояния кардиореспираторной системы детей с различным уровнем двигательной активности / Е.В. Быков, М.Н. Прокопьева // Материалы VI Российского научного форума «РеаСпо-Мед». - М., 2006. - С. 23-24.
4. Данилова, H.H. Изменение вариабельности сердечного ритма при информационной нагрузке / H.H. Данилова, С.В. Астафьев //Журн. высш. нервн. деятельности. — 1999. — Т. 49. — Вып. 1. — С. 28.
5. Дубровинская, Н.В. Психофизиология развития: Психофизиологические основы детской валео-логии / Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. — М.: Владос, 2000. - 144 с.
6. Криволапчук, И.А. Психофизиологическая цена напряженной информационной нагрузки у детей и подростков в 5—14 лет / И.А. Криволапчук // Физиология человека. — 2008. - Т. 34, М 4. — С. 28-35.
7. Крынок, О.Н. Срочная адаптация миокарда и автономной нервной регуляции сердечного ритма к работе на компьютере у детей 10—11 лет / О.Н. Крынок // Физиология человека. — 2007. -Т. 33, № 5. - С. 74-81.
8. Сабирьянов, А.Р. Структура медленноволновой вариабельности показателей гемодинамики, как интегральная характеристика активности уровней регуляции системы кровообращения у детей младшего и среднего школьного возраста: автореф. дис. ... д-ра мед. наук/А.Р. Сабирьянов. — Курган, 2005. - 41 с.
Поступила в редакцию 10 ноября 2010 г.
