Сдвиги интегральных показателей активности регуляторных механизмов ритма сердца учащихся Ирана в динамике учебной нагрузки

Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, учебная нагрузка, индекс напряжения, утомление, уровень тревожности, адаптация, кардиоинтервалы

В современной социально-экономической ситуации проблема адаптации различных возрастных категорий школьников в обществе приобретает все большую актуальность. Анализ показателей здоровья подростков 9-11-х классов общеобразовательных школ и гимназий свидетельствует, что адаптация старшеклассников к учебным нагрузкам и успешность обучения достигаются чрезмерным напряжением функциональных систем организма, что нередко становится причиной появления функциональных расстройств и формирования патологии [1-4]. Отрицательно влияют на здоровье школьников повышенные учебные нагрузки, социальные и психологические факторы, нерациональное питание, недостаточная продолжительность сна, низкая физическая активность. Немаловажное значение играет также широкое внедрение в учебный процесс новых информационных технологий, Интернета, интерактивных средств обучения и др. Большинство школьников значительно превышают допустимые нормы просмотра телевизионных программ и работы на компьютере [7,10,11]. Однако самым существенным по силе и продолжительности воздействия на физическое и психическое здоровье школьников фактором является процесс обучения. Несмотря на большое количество публикаций по вопросам адаптации и дезадаптации подростков к учебной нагрузке, многие аспекты этих процессов еще недостаточно изучены. Особенно это касается школьников стран Востока, на психофизиологических показателях которых сказывается национальный менталитет, гендерная дифференциация и религиозные предубеждения. Традиционно в качестве вегетативных коррелятов интеллектуального, умственного и психоэмоционального напряжения ранее использовались два основных параметра деятельности сердечно-сосудистой системы – частота сердечных сокращений (ЧСС) и величина артериального давления (АД). В настоящее время, с внедрением в практическую кардиологию метода математического анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), стало возможным оценивать роль симпатического и парасимпатического контуров в регуляции процессов в организме. Адаптация к учебному процессу обусловлена взаимодействием двух групп факторов: внешних и внутренних. К внешним факторам относятся информационная насыщенность учебного процесса, особенности режима дня, бытовые условия; к внутренним – функциональное состояние ЦНС[1,6,13]. В связи с этим методом вариационной пульсометрии Р.М.Баевского проведено исследование сдвигов некоторых функциональных показателей учащихся 10-го класса (16 лет) г.Сари (Иран) в норме и динамике однодневной, недельной и годовой учебных нагрузок.

Материал и методы

В исследовании приняло участие 40 абсолютно здоровых подростков, обучающихся в 10-х классах школ одаренных мальчиков(20 человек) и одаренных девочек(20человек) города Сари. Это инновационные учреждения, в которых образовательный процесс характеризуется высокой учебной нагрузкой и интенсификацией умственной деятельности. В связи с этим сохранение и укрепление здоровья одаренных детей являются государственной проблемой. Для получения объективных данных испытуемые были отобраны на добровольной основе и заранее информированы о существе проводимых исследований. Обследования проводились 2 раза в день – до начала уроков и после их окончания; 2 раза в неделю – в субботу и четверг (по европейскому календарю – понедельник и субботу); 3 раза в год – в октябре, декабре, мае, т.е. в периоды, отдаленные от экзаменов и каникул, когда влияние учебной нагрузки на организм подростка выражено в большей степени, чем других факторов. Предварительно осуществлялось психологическое тестирование испытуемых с выявлением уровня тревожности по Спилбергеру (УТ), по специальной тест-анкете определялся уровень самооценки последних. Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) учащихся осуществлялась в 1-м стандартном отведении на Pentium 4, в математическом блоке которого полученные кардиоинтервалограммы анализировались методом вариационной пульсометрии Р.М.Баевского и выдавался ряд показателей, характеризующих статистические, гистографические, автокорреляционные и спектральные параметры динамики ритма сердца. Вычислялись: Мо–мода (показатель активности гуморальных механизмов); АМо – амплитуда моды (активность симпатического контура ВНС); DC–вариационный размах (уровень активации парасимпатического звена ВНС); V_k – коэффициент вариации кардиоинтервалов; R-R среднее; R-R максимальное; R-R минимальное; ИН – индекс напряжения регуляторных систем, отражающий степень централизации управления сердечным ритмом; ИВР – индекс вегетативного равновесия; ВПР – вегетативный показатель ритма; ПАПР – показатель адекватности процессов регуляции.

Все полученные данные подвергнуты статистической обработке по программе “Биостат”. Достоверность различий средних значений определялась по критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждение

Изучение гендерно-возрастных параметров активности сердечного ритма учеников 10-го класса в динамике учебной нагрузки показало, что в начале учебного года отмечается относительно более благоприятное функциональное состояние сердца по показателям кардиоритмографии у девочек (ИН=97.74±8.90 усл.ед.), по сравнению с мальчиками (ИН=116.80±9.64усл.ед.). При этом мальчики-подростки в состоянии физиологической нормы характеризовались более высоким показателем УТ и высоким, по сравнению с девочками, уровнем самооценки. Достоверная положительная корреляция между ИН и уровнем личностной тревожности по опроснику Спилбергера в условиях относительного покоя была установлена также в работах ряда авторов[7,11,13]. Высокотревожные испытуемые при этом отличались от низкотревожных отчетливо выраженной редукцией дыхательных модуляций.

Как свидетельствует анализ полученных данных (табл.1), к концу учебного дня как у мальчиков, так и у девочек отмечались существенные сдвиги изученных показателей по сравнению с состоянием относительного покоя. В группе девочек к концу учебного дня в субботу наблюдалось достоверное понижение ИН на 15.7% (p‹0.05), обусловленное ослаблением активности симпатического контура регуляции (АМо) на 24.3 % (p‹0.05), при повышении влияния гуморального и парасимпатического звеньев на 6.66 % (p‹0.05) и 4.31% соответственно. Последнее сопровождалось понижением ВПР, ПАПР, ИВР на 7.3%; 18,12% (p‹0.01); 19.8% (p‹0.01). При анализе изменений наблюдаемых в той же группе испытуемых под воздействием учебной нагрузки в четверг отмечены более выраженные сдвиги исследованных интегральных показателей ритма сердца. Как видно из табл.1, в четверг значения Мо и DC повышались на 11.9% (p‹0.01) и 12.3% (p‹0.01). Выраженным было и понижение ИН, составляющее 25.0% (p‹0.001), обусловленное падением активности симпатического контура регуляции на 31.9% (p‹0.001). Значения ВПР, ПАПР, ИВР при этом понижались соответственно на 22.0% (p‹0.02); 15.2% (p‹0.05); 23.8% (p‹0.001). Подтверждением наблюдаемых сдвигов являлось и повышение в конце учебной недели коэффициента вариации кардиоинтервалов.

Таблица 1 

Изменение показателей сердечного ритма учащихся 10-го класса (16 лет) г. Сари в динамике однодневной и недельной учебных нагрузок                                                                                    

В данном временном диапазоне исследований аналогичные сдвиги интегральных показателей ритма сердца под воздействием учебной нагрузки наблюдались и у испытуемых мальчиков. Однако в отличие от девочек, последние, как в субботу, так и в четверг, имели более выраженный характер (табл.1). Так, в конце учебного дня в субботу у мальчиков наблюдалось понижение уровней ИН, АМо, ВПР, ИВР, ПАПР соответственно на 29.7%(p‹0.001); 17.9%(p‹0.02); 15.4%(p‹0.05); 34.5%(p‹0.001); 19.4%(p‹0.01). Наблюдаемые сдвиги свидетельствуют о смещении вегетативного баланса в сторону доминирования парасимпатического контура ВНС, ослаблении модулирующего влияния гипоталамуса, децентрализации процессов регуляции сердечного ритма [1,2,6]. Свидетельством падения симпатического тонуса ВНС являлось также некоторое повышение активности гуморального и парасимпатического контуров регуляции (Мо,DC). На понижение активности симпатических механизмов указывает и наблюдаемое по оканчании уроков повышение коэффициента вариации кардиоинтервалов на 12.6% (p‹0.05). Аналогичные сдвиги, однако значительно более выраженные, наблюдались у мальчиков после уроков в четверг. Следует отметить, что утренние показатели ИН и АМо, регистрируемые до начала занятий в субботу и четверг, незначительно отличались друг от друга, что, по всей вероятности, обусловлено некоторым восстановлением активности регуляторных механизмов после ночного отдыха. Однако после окончания учебного дня в четверг уровни ИН и АМо понижались на 33.6% (p‹0.001) и 21.9% (p‹0.05) соответственно (при 29.7% и 17.9% в понедельник). Сдвиги ВПР, ИВР, ПАПР составляли соответственно 21.7%(p‹0.05); 31.6%(p‹0.001); 31.8%(p‹0.001). Подтверждением последних изменений являлось повышение вариабельности кардиоинтервалов (V_k) на 33.1%(p‹0.001), а также активности парасимпатических и гуморальных механизмов регуляции сердечного ритма (табл.1).

Изменения, наблюдаемые под воздействием однодневной учебной нагрузки (понижение ИН, АМо, ВПР, ИВР, ПАПР, повышение Мо, ΔX, V_k), свидетельствуют о децентрализации процессов регуляции сердечного ритма, преобладании парасимпатического тонуса ВНС в пределах автономного контура регуляции сердечного ритма, усилении гуморально-метаболических влияний[4,6,9]. Последнее является результатом развивающегося под воздействием учебной нагрузки утомления. Более выраженные сдвиги изученных показателей, наблюдаемые после занятий в конце учебной недели, могут быть следствием кумуляции утомления в динамике недельной учебной нагрузки [8,12]. Об этом свидетельствует и наблюдаемое в конце учебного дня и недели повышение на скатерграммах дисперсии ”авторегрессионного облака”, увеличение спектра высоко- и среднечастотных волн, амплитуды колебаний R-R интервалов вокруг их среднего значения на ритмограммах. О доминировании холинэргических механизмов регуляции свидетельствуют и наблюдаемая в большинстве регистраций синусовая аритмия, и выраженность на спектрограммах дыхательных волн.

Согласно данным Домахиной Г.М., в конце рабочей недели в организме человека уменьшается число достоверных корреляционных связей между различными функциональными системами, что свидетельствует о развивающемся утомлении[5].

Понижение умственной работоспособности и развитие выраженного утомления к концу учебного дня и учебной недели наблюдали также ряд других авторов [1,3,5, 10].

Математический анализ динамики статистических показателей позволил выявить периоды наибольшего напряжения систем регуляции сердечного ритма учащихся при годовой учебной нагрузке (в октябре, декабре и мае). Самый высокий уровень ИН был зарегистрирован в начале учебного года, т.е. в октябре и составлял у мальчиков 117.64±8.72 усл.ед., а у девочек – 98.82±7.60 усл.ед. (табл.2). Высокие значения ИН, АМо, ИВР, ПАПР, ВПР, относительно низкий уровень коэффициента вариации (V_k), а также слабая активность гуморального и парасимпатического контуров регуляции (Мо,ΔX) в октябре, свидетельствуют о повышенной симпатической активности в пределах автономного контура регуляции сердечного ритма. Последнее, по всей вероятности, обусловлено тем, что адаптация физиологических систем организма к учебной нагрузке после летних каникул дается путем напряжения регуляторных механизмов. При этом необходимо отметить, что в обеих половых группах в течение всего периода исследований (октябрь-май) центральный контур регуляции был ведущим. Однако сдвиги активности симпатического отдела ВНС и центрального контура регуляции были больше выражены у мальчиков, что свидетельствует о том, что девочки более усидчивы и легче адаптируются к систематическим учебным нагрузкам.

В декабре наблюдалось некоторое ослабление активности центрального контура регуляции сердечного ритма, что проявлялось в уменьшении ИН на 6.5% у девочек и на 9.9% (p‹0.05) у мальчиков. Последнее как у девочек, так и у мальчиков было обусловлено незначительным уменьшением от начала к середине учебного года активности маркера симпатической нервной системы АМо, а также повышением активности гуморальных и парасимпатических механизмов регуляции на 8.3% (p‹0.05) и 6.7% (p‹0.05) у девочек, 10.8% (p‹0.05) и 25.0% (p‹0.001) у мальчиков. Подтверждением наблюдаемых сдвигов являлось также увеличение V_k в обеих исследованных группах на 38.2% (p‹0.001) и 19.0% (p‹0.05) соответственно, а также повышение значений R-R ср., R-R мин., R-R макс. Преобладание активности парасимпатических механизмов регуляции сердечного ритма, наблюдаемое в декабре, свидетельствует о развивающемся под воздействием учебной

Таблица 2

Изменение показателей сердечного ритма учащихся 10-го класса (16 лет) г. Сари в динамике учебного года  

нагрузки утомлении, более выраженном у мальчиков. На скатерграммах испытуемых в указанный срок наблюдалось повышение дисперсии авторегрессионного облака, увеличивалась мощность высокочастотных волн и дыхательных компонентов на спектрограммах, что также подтверждает преобладание активности сегментарных структур в управлении сердечным ритмом.

Несмотря на развивающееся в динамике учебной нагрузки утомление в мае наблюдается некоторое повышение маркеров симпатической нервной системы (ИН,АМо) и ослабление активности гуморального и парасимпатического контуров регуляции сердечного ритма (табл.2), которые, однако, не достигают исходного уровня (октябрьского). Последнее, по всей вероятности, обусловлено весенним периодом, нейроэндокринными перестройками в организме подростков и приближающимися экзаменами, требующими интеллектуального и психологического напряжения. Аналогичная динамика показателей сердечного ритма в течение учебного года наблюдалась и в исследованиях Псеунка А.А.[9]. Корниенко И.А., исследуя активность симпатоадреналовой системы старшеклассников, к концу учебного года также наблюдал напряжение ее резервных возможностей [6]. 

Таким образом, на основании полученных результатов можно заключить, что в течение учебного дня, недели и года наблюдается нарастание функционального напряжения и утомления учащихся школ одаренных детей г.Сари, особенно мальчиков. В связи с этим для повышения адаптационных возможностей учащихся, предотвращения процессов психоэмоционального напряжения и развития утомления в процессе обучения необходим пересмотр содержания и методик образовательных программ в соответствии с морфофункциональными возрастными особенностями организма школьников.

Поступила 19.04.10

Литература

1. Артеменков А.А. Изменения вегетативных функций у студентов при адаптации к умственным нагрузкам. Гигиена детей и подростков, 2007,  2,с. 62-64.
2. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. М., 1997.
3. Бурханов А.И., Хорошева Т.А. Состояние здоровья учащихся школ различного профиля. Гигиена и санитария, 2006, 3,с.58-61.
4. Гребняк Н.П, Щудро С.А. Адаптация старшеклассников к обучению. Гигиена и санитария, 2008, 1,с.55-58.
5. Домахина Г.М. Оценка функционального состояния организма при умственной и физической деятельности по некоторым вегетативным показателям и электролитам слюны. Автореф. дис... к.м.н., 1980. 
6. Корниенко И.А. Адаптация организма подростков к учебной нагрузке. М.,1987.
7. Кривопалчук И.А.Зависимость стрессовой реактивности подростков при напряженной информационной нагрузке от уровня мотивации.Сб. мат. II Конгресса РОШУМЗ, М., 2010, с.313-315.
8. Панкова Н.Б., Надоров С.А., Карганов М.Ю. Анализ вариабельности сердечного ритма и артериального давления при разных функциональных пробах у женщин и мужчин. Физиология человека,2008, т.34, 4, с.64-72.
9. Псеунок А.А. Оценка адекватности учебных и физических нагрузок с учетом возрастно-половых особенностей школьников 5-6 классов. Вестник Адыгейского гос.ун-та, 2009, 1, с.78-83.
10. Степанова М.И., Сазанюк З.И. Гигиенические проблемы использования новых технических средств обучения. Сб.мат.II Конгресса Рос.общ-ва школьной и ун-ской медицины и здоровья, 2010, М., с.585-588.
11. Степанова Н.В., Валеева Э.Р. Оценка психического здоровья учащихся гимназий и общеобразовательных школ. Сб.мат.II Конгресса Рос.общ-ва школьной и ун-ской медицины и здоровья, 2010, М., с.591-593.
12. Степанова М.И., Куинджи Н.Н.,Ильин А.Г. и др. Гигиенические проблемы реформирования школьного образования. Гигиена и санитария, 2000,1, с.40-44.
13. Тарасова О.Л. Особенности психофизиологической адаптации к учебной деятельности у подростков с различным типом вегетативной регуляции. Автореф. дис...  к.м.н.,Томск,1998.

Вопросы, ответы, комментарии