Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления о морфофункциональных особенностях детей 11–28
1.1. Морфофункциональные особенности детей школьного возраста 10–18 лет в условиях мегаполиса 11–15
1.2. Адаптационные резервы сердечно-сосудистой системы у детей при различных нагрузках 16–28
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 29–39
2.1. Характеристика исследованных групп детей 29–30
2.2. Методы исследования в изучаемых группах 30–39
2.3. Статистический анализ результатов исследования 39
ГЛАВА 3. Результаты и их обсуждение 40
3.1. Изучение и оценка физического развития школьников 10–18 лет 40–42
3.2. Сравнительный анализ состояния вегетативной нервной системы и функциональных возможностей организма по данным анализа вариабельности сердечного ритма у школьников разного возраста и пола 42–55
3.2.1. Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей организма по данным анализа вариационной пульсометрии у школьников разных возрастных групп 43–47
3.2.2. Оценка состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей организма по показателям временного анализа у учащихся разных возрастных групп 47–49
3.2.3. Оценка состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей организма школьников разных возрастных групп по показателям спектрального анализа 49–52 3.2.4. Состояние вегетативной нервной системы у учащихся разных возрастных групп 53–55
3.3. Анализ состояния вегетативной нервной системы и функциональных возможностей организма учащихся 9 классов по данным анализа вариабельности сердечного ритма в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 56–74
3.3.1. Оценка состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям вариационной пульсометрии у школьников 9 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 57–63
3.3.2. Оценка состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям временного анализа у школьников 9 классов при сдаче экзаменов 63–67
3.3.3. Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по данным спектрального анализа у школьников 9
классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 68–74
3.4. Оценка состояния вегетативной нервной системы и функциональных возможностей по данным анализа вариабельности сердечного ритма у учащихся 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 74–92
3.4.1. Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по данным вариационной пульсометрии у учащихся 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 76–84
3.4.2. Оценка вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям временного анализа у учащихся 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 84–88
3.4.3. Анализ состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям спектрального анализа у учащихся 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 88–92
3.5. Сравнительная характеристика состояния вегетативной нервной системы и функциональных возможностей по показателям вариабельности сердечного ритма при сдаче государственных экзаменов школьниками 9 и 11 классов 93–104
3.5.1. Сравнительный анализ вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям вариационной пульсометрии у школьников 9 и 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 94–98
3.5.2. Сравнительный анализ состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по показателям временного анализа у школьников 9 и 11 классов в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 98–101
3.5.3. Сравнительный анализ состояния вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей школьников 9 и 11 классов по показателям спектрального анализа в состоянии покоя и в условиях экзаменационного стресса 101–104
Заключение 105–112
Выводы 113–114
Список сокращений 115
Список литературы
- Адаптационные резервы сердечно-сосудистой системы у детей при различных нагрузках
- Методы исследования в изучаемых группах
- Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей организма по данным анализа вариационной пульсометрии у школьников разных возрастных групп
- Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по данным спектрального анализа у школьников
Введение к работе
Актуальность темы. Обучение детей в школе является длительным процессом и совпадает с активным ростом и развитием ребенка. В этот период наблюдаются интенсивные морфофункциональные перестройки в ответ на комплекс часто меняющихся условий, среди которых большое значение имеют особенности учебной деятельности и школьной среды (Блинков С.Н. и др., 2014; Дьяченко В.Г. и др., 2010; Moya J. et al., 2004; Samet J.M., 2004). То, насколько организм ребенка адекватно на них реагирует, определяет качество его последующей жизни (Blumberg S.J. et al., 2004).
В ответ на учебную деятельность в организме ребенка запускаются адаптационные механизмы как способ поддержания гомеостаза, которые ведут к изменениям в деятельности различных функциональных систем организма, в том числе сердечно-сосудистой системы. Эти изменения являются функциональными и не приводят к патологическим процессам. Исследователями установлено, что, когда учебные нагрузки превышают индивидуальные возможности сердечнососудистой системы ребенка, могут возникать патологические изменения (Баранов А.А., Щеплягина Л.А., 2006; Кучма В.Р и др., 2006; Плышевская Е.В., 2003).
На протяжении многих лет в качестве индикатора функционального состояния организма школьников и его реакций на психоэмоциональную нагрузку широко используется оценка вариабельности сердечного ритма (ВСР). ВСР является универсальной реакцией организма на воздействия внешней и внутренней среды, отражающей результат многочисленных регуляторных влияний на сердечно-сосудистую систему (ССС) (Парин В.В., Баевский Р.М., Меерсон Ф.З.,1968; Михайлов В.М, 2002; Чернова А.А. и др., 2013).
Наряду с ВСР одним из объективных методов оценки состояния здоровья является оценка соответствия показателей физического развития региональным возрастным нормам (Дьяченко В.Г. и др., 2010; Зулькарнаева А.Т. и др., 2012, Калюжный Е .А. 2013). Его оценка дает возможность охарактеризовать морфофункциональное состояние и адаптационные возможности организма учащегося.
По мнению М.М. Безруких, В .Д. Сонькина и др. (Безруких М.М. и др., 2009), под адаптивностью понимают согласованность последовательных изменений роста и развития организма ребенка со средой, в которой он проживает. Любое отклонение в течении физического развития указывает на дисгармоничность, которая может вести к донозологическим состояниям.
Необходимость определения адаптационных возможностей особенно актуальна для школьников, так как они подвергаются постоянным учебным нагрузкам на протяжении многих лет. Известно, что на работу сердечнососудистой системы подростков влияют многие факторы, такие как пол, гормональные факторы, физическая подготовка, интенсивность учебной нагрузки. Это становится особенно актуальным в настоящее время, когда необходимость в
получении качественного образования требует от детей напряжения внутренних ресурсов и сил для инте нсивной учебной деятельности (Барсукова Н.К. и др., 2006; Спасова 2007; Зулькарнаева А.Т. и др., 2012). Поэтому изучение адаптационных возможностей в детском и подростковом возрасте является актуальным.
Следует отметить, что учащиеся 9 и 11 классов испытывают влияние
дополнительных стрессовых факторов в связи со сдачей государственных
итоговых экзаменов в формате основного государственного экзамена (ОГЭ; до
2014 г. ГИА) для 9 классов и единого государственного экзамена (ЕГЭ) для
11 классов. Как отмечают Н.П. Деваев и А.Н. Петунова, эти факторы создают
условия для развития неблагоприятных психовегетативных реакций,
сопровождающихся расстройствами системы кровообращения (Деваев Н.П., 2010; Петунова А.Н. и др., 2009). Оценка вегетативной нервной системы в этот период позволяет определить степень адаптации организма, выявить отклонения или нарушения работы сердечно-сосудистой системы и оценить риск происходящих изменений.
В настоящее время исследователи уделяют большое внимание изучению возрастных особенностей ва риабельности сердечного ритма у школьников в периоды интенсивной нагрузки: учебной, интеллектуальной, спортивной и др . (Букеева А.С. и др., 2013; Башкирева Т.В., 2015; Кашицина К.А., Горбачева Ю.В., 2012; Кузнецова О.В., Комкова Ю.Н., 2013; Кузнецова О.В., Сонькин В.Д., 2005; Михайлов Н.А., Дмитриев Д.А., 2011; Михайлова Л.А., 2013; Петунова А.Н. и др., 2009; Псеунок А.А., 2009; Статуева Л.М. и др., 2007; Суворов В.В. и др., 2001; Шлык Н.И., 2009; Шлык Н.И., Сапожникова Е.Н., 2005; Шлык Н.И. и др., 2008; Шмелева Ю.Н, 2006; Якушенко М.Н. и др., 2008; Duman L. et al., 2010; Sandercock G., 2007; Thayer J. et al., 2012). Большое количество работ посвящено изучению вегетативных показателей ССС во время экзаменов у студентов высших учебных заведений (Алексеева Э.А. и др., 2010; Деваев Н.П., 2010; Макаренко Н.В., 2006; Статуева Л.М и др., 2007; Черепанов С.М., Спицин А.П., 2008). Но, несмотря на ряд исследований ВСР при различных у словиях, на сегодняшний день недостаточно изучены изменения состояния вегетативной нервной системы и ее влияние на работу сердечно-сосудистой системы в предэкзаменационный период у учащихся 9 и 11 классов, а также после сдачи экзаменов.
Цель диссертационного исследования: изучить особенности морфофункционального состояния и адаптационные возможности школьников 10–18 лет при стандартных учебных нагрузках и при стрессовых нагрузках, связанных со сдачей государственных итоговых экзаменов в 9 и 11 классах.
Для осуществления данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Оценить морфофункциональное развитие школьников 10–18 лет в условиях мегаполиса.
-
Изучить состояние вегетативной нервной системы и функциональные возможности у школьников разных возрастных групп в период стандартной учебной нагрузки.
-
Изучить состояние вегетативной нервной системы и адаптационные возможности у учащихся 9 классов в период государственных итоговых экзаменов в зависимости от состояния вегетативной нервной системы.
-
Оценить состояние вегетативной нервной системы и адаптационные возможности учащихся 11 классов в предэкзаменационный и постэкзаменационный периоды в зависимости от состояния вегетативной нервной системы.
-
Провести сравнительный анализ состояния вегетативной нервной системы и адаптационных реакций у школьников 9 и 11 классов при экзаменационной нагрузке.
Научная новизна исследования. В ходе исследования собраны новые оригинальные данные, отражающие специфику влияния стрессовых ситуаций, связанных с государственными итоговыми экзаменами в школе, на современное поколение юношей и девушек. Впервые дана оценка влияния стрессовых нагрузок у школьников 9 и 11 классов, обусловленных сдачей государственных итоговых экзаменов в формате ГИА (ОГЭ) и ЕГЭ. Впервые проведен сравнительный анализ функционального состояния вегетативной нервной системы и адаптивных возможностей у школьников 9 и 11 классов в предэкзаменационный и постэкзаменационный периоды. Представлены новые данные, характеризующие адаптационные возможности школьников во время экзаменов в зависимости от тонуса ВНС, показаны возможности их использования для прогнозирования в системе современного школьного образования. Результаты исследования показывают, как вегетативный т ип нервной системы учащихся связан с уязвимостью по отношению к негативному воздействию экзаменационного стресса.
Научно-практическая значимость работы. Учитывая возрастные особенности состояния вегетативной нервной системы, а также на основании данных о вегетативной регуляции сердечного ритма у школьников становится возможным прогнозировать адаптивные возможности организма в ответ на предстоящее влияние экзаменационного стресса. Это позволяет сформировать индивидуальный подход к подростку, осуществлять профилактику рисков развития патологических реакций на стресс.
Знание параметров, наиболее подверженных изменениям в подростковом возрасте на фоне стресса в период сдачи государственных итоговых экзаменов, позволяет проводить динамическую оценку состояния организма школьников и разрабатывать организационно-учебно-методические мероприятия, направленные на оптимизацию учебного процесса и минимизацию негативного влияния на организм школьников при стрессовых нагрузках во время сдачи государственных итоговых экзаменов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Морфофункциональное состояние большинства школьников 10–18 лет в условиях мегаполиса характеризуется гармоничным физическим развитием; однако среди школьников с морфофункциональным состоянием, отклоняющимся от нормы, недостаточность физического развития наблюдается в несколько раз чаще, чем отклонения выше нормы.
-
В период 10–18 лет происходит функциональное становление вегетативной нервной системы. Вегетативный баланс с возрастом смещается в сторону преобладания влияния парасимпатического звена регуляции.
-
В предэкзаменационный период в 9 классе (15–16 лет) наблюдается подавление парасимпатических влияний на деятельность сердечно-сосудистой системы и смещение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатической активности, что свидетельствует о напряжении регуляторных систем.
-
Предэкзаменационный стресс при сдаче государственных экзаменов в 11 классе (в 17–18 лет) приводит к смещению вегетативного баланса в сторону преобладания симпатических влияний. Т огда как постэкзаменационный период характеризуется смещением вегетативного баланса в сторону преобладания парасимпатических влияний.
Внедрение результатов исследования в практику. Полученные
результаты исследования апробированы и используются в учебном процессе
преподавателями кафедры анатомии и физиологии человека и животных при
организации лекций в ФГБОУ ВПО «Московский педагогический
государственный университет», учителями и психологами муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 41 “Гармония”» г.о. Самары.
Апробация материалов исследования. Результаты исследований неоднократно доложены и обсуждены на заседаниях кафедры анатомии и физиологии человека и животных ФГБОУ В ПО МПГУ при ежегодных отчетах аспирантов (2010–2015 гг.), а также были представлены на ряде мероприятий: научная конференция, посвященная 110-летию биолого-химического факультета ФГБОУ В ПО МПГУ, 16 апреля 2010 г., Москва; научная конференция «День науки», биолого-химический факультет (по итогам научно-исследовательской работы за 2010 г.) ФГБОУ В ПО МПГУ, 14 марта 2011 г., Москва; научная конференция «День науки», биолого-химический факультет (по итогам научно-исследовательской работы за 2011 г.) ФГБОУ ВПО МПГУ, 12 марта 2012 г., Москва; научная конференция «День науки», биолого-химический факультет (по итогам научно-исследовательской работы за 2012 г.) ФГБОУ В ПО МПГУ, 11 марта 2013 г., Москва; XХXVII международная заочная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: инновации в современном мире» 2015г; научная конференция «День науки», биолого-химический факультет (по итогам научно-исследовательской работы за 2013 г.) ФГБОУ В ПО МПГУ, 17 марта 2014 г., Москва; международная научно-практическая конференция
«Инновационные технологии в науке и образовании» 15 мая 2015 г., Чебоксары; научная конференция «День науки», биолого-химический факультет (по итогам научно-исследовательской работы за 2014 г.) ФГБОУ В ПО МПГУ, 16 марта 2015 г., Москва.
Декларация личного участия автора. Автору принадлежит ведущая роль в выборе направления исследования, анализе и обобщении полученных результатов. В работах, выполненных в соавторстве, автором лично проведены моделирование процессов, мониторинг основных параметров, аналитическая и статистическая обработка, научное обоснование и обобщение полученных результатов. Вклад автора является определяющим и заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования: от постановки задач, их реализации до обсуждения результатов в научных публикациях и докладах и их внедрения в практику. Доля личного участия в совместных публикациях составляет 85–90%.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 3 — в журналах из списка ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация представлена на 136 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, глав, посвященных объекту и методам исследования, результатам исследований и их обсуждению, заключения и выводов. Диссертация иллюстрирована 22 таблицами и 72 рисунками. Библиографический указатель содержит 188 источников (134 отечественных, 54 на иностранных языках).
Адаптационные резервы сердечно-сосудистой системы у детей при различных нагрузках
Современная схема биологической возрастной периодизации основывается на особенностях роста и развития. Согласно данным А.А. Баранова [12], школьники в возрасте 10–18 лет проходят три периода: период до полового созревания — у девочек до 11 лет, у мальчиков до 12 лет. Подростковый период длится в течение 3 лет, у девочек начинается в 12–15 лет, а у мальчиков — в 13– 16 лет. Подростковым периодом принято считать промежуток от начала полового созревания до момента, когда организм способен к репродуктивной функции, такой период также называют переходным — пубертатным. Юношеский возраст соответствует у девушек периоду 16–20 лет, у мальчиков — с 17 лет до 21 года [10, 16, 154, 177]. Формирование основных морфофункциональных структур организма подростков совпадает с периодом обучения в школе, и от того, как будут учитываться адаптационные возможности организма, зависит его становление и физическое развитие [43, 58].
По мнению некоторых авторов [45, 59, 74, 83, 133, 134], приспособление к постоянно возрастающему набору требований, выдвигаемых к ученикам средней и старшей школы, протекает в критические для них периоды жизни, во время которых происходит становление физиологической зрелости организма. При этом наиболее чувствительной является ССС.
Рядом авторов [13, 94, 102] отмечено, что и нтенсификация учебного процесса наряду с использованием различных современных педагогических инноваций и нововведений, высокий объем учебных и внеучебных нагрузок, недостаток времени для усвоения полученной информации приводят к увеличению стрессогенного воздействия и развитию напряжения регуляторных механизмов с уменьшением адаптационных резервов. В долгосрочной перспективе, по их мнению, указанные изменения могут вызвать срыв адаптации организма и определяться как донозологическое состояние, которое характеризуется более высоким напряжением регуляторных систем. Это, в свою очередь, ведет к повышенному расходу функциональных резервов организма, благодаря которым уровень здоровья удерживается в рамках нормы [18]. Однако несправедливо утверждать, что подобные нагрузки неминуемо ведут к функциональным изменениям. На сегодняшний день в образовательный процесс все активнее внедряются новые технологии визуализации методического материала и его подачи. В настоящее время практически каждый школьник мегаполиса располагает соответствующим техническим устройством (компьютер, ноутбук, гаджет).
Процесс непрерывного приспособления организма к условиям окружающей среды, по мнению некоторых авторов [1, 27, 33, 93, 111 и др.], является результатом его адаптационных возможностей. При этом чем выше адаптационные возможности организма, тем лучше проходят приспособительные реакции, которые способствуют предотвращению заболеваний.
Во время учебных нагрузок в школе адаптационный процесс протекает на всех уровнях организации организма ребенка. По мнению В.В. Суворова [114] 5– 6-часовые занятия неизбежно приводят к сдвигам функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС), а также функционального состояния ССС.
В различные возрастные периоды ССС претерпевает ряд изменений, направленных на обеспечение повышенных потребностей растущего организма. Сердце является чувствительным индикатором всех происходящих в организме процессов [8, 9].
Согласно научным данным [36, 71], два основных периода наиболее интенсивного роста сердца протекают с 12 до 14 лет и с 17 до 20 лет. В возрасте до 12 лет масса сердца у мальчиков больше, чем у девочек, однако затем сердце девочек начинает увеличиваться быстрее и к 13–14 годам уже превосходит по массе сердце мальчиков. Но с 16 лет прирост массы сердца девочек снова замедляется. По окончании пубертатного периода масса сердца увеличивается приблизительно вдвое и оно приобретает форму, характерную для взрослых.
Важной особенностью ССС является несоответствие между нарастанием емкости полостей сердца и увеличением просветов сосудов. Как правило, в детском возрасте просвет сосудов бывает относительно большим при незначительном объеме сердца. В след за пубертатным ускорением показателей физического развития быстрее увеличивается и объем сердца, тогда как просвет сосудов отстает от общего роста организма. Клапанные устья также увеличиваются непропорционально нарастанию емкости полостей сердца. В результате изменяются артериальное давление (АД) и другие показатели гемодинамики, в особенности скорость кровотока через клапанное устье [24, 85].
Сердце по сравнению с другими органами обладает высокой чувствительностью по отношению к катехоламинам. Другие биологически активные вещества, такие как простагландины, тиреоидный гормон, кортикостероиды, воздействуют на миокард опосредованно, в основном через катехоламины. Влияние корковых структур на аппарат кровообращения в каждый возрастной период имеет свои особенности, которые определяются не только возрастом, но и типом высшей нервной деятельности, состоянием общей возбудимости ребенка. Кроме внешних факторов, воздействующих на ССС, существуют системы ауторегуляции миокарда, которые управляют силой и скоростью сокращения миокарда. Саморегуляция сердца на уровне миокардиальных клеток и нейрогуморальные влияния позволяют приспособить работу миокарда к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Все вышеуказанные особенности морфофункционального состояния миокарда, которые обеспечивают деятельность его систем, сказываются на возрастной динамике параметров кровообращения у детей. К таким параметрам относятся три индикатора системы кровообращения: сердечный выброс, АД и объем циркулирующей крови [92].
У мальчиков относительное количество крови больше, чем у девочек. Это связано с обеспечением более высокого уровня обмена веществ. К 12 годам и у мальчиков, и у девочек он приближается к величинам, характерным для взрослых. В период полового созревания количество крови несколько возрастает. Стоит отметить, что, согласно данным Шиян [123], и вегетативный статус в этом возрастном периоде значительных изменений не претерпевает.
По мере роста и развития ССС ребенка изменяются и ее реакции на физическую нагрузку. При физической нагрузке у подростков повышается частота сердечных сокращений (ЧСС). Чем младше ребенок, тем в большей мере он реагирует повышением ЧСС, меньшим увеличением ударного объема даже на небольшую физическую нагрузку, обеспечивая примерно одинаковый прирост минутного объема [24].
Систематические занятия физической культурой (при условии их правильного дозирования и контроля) тренируют сердце, повышая его функциональные возможности и оказывая благотворное воздействие на вегетативный контроль сердца [147, 153, 184]. Минутный объем сердца тренированных детей в большей степени обеспечивается за счет ударного объема, тогда как у нетренированных детей того же возрастного периода — за счет повышения ЧСС. У детей, нерегулярно занимающихся физической культурой, восстановление гемодинамических показателей происходит дольше, чем у систематически занимающихся [79, 95]. Особенно видимые различия в реакциях ССС проявляются в сравнении двух групп детей: у тех, кто интенсивно занимается спортом, с теми, кто занимается несистематически. При интенсивной физической нагрузке различия в реакциях ССС особенно четко проявляются у школьников, занимающихся спортом, и у тех, кто не занимается [16].
Методы исследования в изучаемых группах
Метод ВСР основан на распознавании и измерении временных интервалов между R-зубцами (R–R-интервалы) электрокардиограммы, построении динамических рядов кардиоинтервалов (кардиоинтервалограммы) и последующем анализе полученных числовых рядов различными математическими методами. При анализе динамических рядов кардиоинтервалов выделяют кратковременные («короткие») записи — данные исследований с 5 31 минутной регистрацией, записи средней длительности до 2 ч, а также суточные данные, получаемые при 24- и 48-часовом мониторировании ЭКГ. Благодаря этому простому не инвазивному анализу можно получить подробную информацию о влиянии на работу сердца вегетативной нервной системы. Анализ ВСР дает возможность доступно и просто оценить функциональные и адаптационные возможности человека и степень напряжения регуляторных систем, кроме того, анализ позволяет вести непрерывный динамический контроль и выявлять донозологические состояния [76, 141].
Для регистрации ЭКГ использовались стандартные электроды , которые накладывали попарно на руки ребенка. Перед постановкой электрода кожа обрабатывалась «Униагелем» для лучшей проводимости. Запись ЭКГ у детей проводили в тихом отдельном помещение с постоянной температурой 20–22 С в положении сидя. Во время записи ЭКГ были устранены все факторы, приводящие к эмоциональному возбуждению (телефонные звонки и присутствие посторонних людей). Регистрация ЭКГ проводилась при ровном дыхании, без глубоких вдохов и выдохов, исключался кашель. Продолжительность составляла 5 мин (300 с).
Запись и анализ ВСР в нашем исследование получены с помощью программно-аппаратного комплекса «Омега-М» производства фирмы «Динамика», Санкт-Петербург (государственная регистрация ФС № 022а2005/1434-05 от 18.03.2005). Программное и аппаратное обеспечение диагностических комплексов НПФ «Динамика» соответствует требованиям стандартов измерения, физиологической интерпретации и клинического использования показателей кардиоинтервалометрии, принятым Европейским кардиологическим обществом и Североамериканской ассоциацией электрофизиологии [105, 180].
Цифровой анализатор кардиоритмов «Омега-М» подключался к компьютеру, на котором было установлено программное обеспечение с возможностью ввода и сохранения информации об исследуемых детях (ФИО, пол, дата рождения и т.д.), сортировки списков детей по полу и возрасту, хранения результатов исследования. Кроме того, при работе с программно-аппаратным комплексом возможно в режиме реального времени видеть текущий ЭКГ-сигнал. Кардиоанализатор автоматически обеспечивал обработку полученных числовых рядов различными математическими методами.
Запись ЭКГ у школьников 10–18 лет проводила сь в течение стандартного учебного дня . Дополнительно были обследованы учащиеся 9 и 11 классов в экзаменационный период в двух экспериментальных условиях: до экзамена (за 15–20 мин) и после экзамена (через 10–15 мин). Таким образом, значения показателей ВСР в стандартный учебный день позволяли оценить состояние исходного вегетативного тонуса подростка. Изменение величин в экзаменационный период у школьников характеризует вегетативную реактивность отделов автономной нервной системы, которая является одним из показателей уровня экстракардиальных влияний на сердце и отражает функциональное состояние синусового узла в обеспечении приспособительных реакций ССС [79]. Состояния вегетативной нервной системы и механизмов регуляции оцениваются при помощи ряда показателей, рекомендованных в качестве международных стандартов рабочей группой Европейского кардиологического общества и Североамериканского общества изучения кардиостимуляции и электрофизиологии [180].
Математический анализ ВСР п роводился с использованием нескольких методик со следующими параметрами (табл. 4).
Метод вариационной пульсометрии основан на математическом анализе вариативности синусового сердечного ритма как индикатора адаптационно-компенсаторной деятельности целостного организма. С помощью данного метода возможно оценить состояние механизмов регуляции, в частности общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, определить соотношения между симпатическим и парасимпатическим звеньями вегетативной нервной системы [54, 127]. В проведенном исследовании вариационный анализ ритмов сердца оценивался через следующие показатели:
Мо (мс) — мода — наиболее часто встречающееся значение R–R-интервалов. В физиологическом смысле отражает наиболее вероятный уровень функционирования ССС. Указывает на доминирующий уровень функционирования синусового узла. При нормальном распределении и высокой стационарности процесса величина моды близка к значению математического ожидания. В норме значение моды колеблется от 0,7 до 0,9 мс.
Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей организма по данным анализа вариационной пульсометрии у школьников разных возрастных групп
ИН в условиях стресса отражает величину стрессового воздействия на ССС учащихся. Наиболее сильный скачок значений ИН (на 149 усл. ед., что составляет 84,7% от среднего значения контрольных измерений, р 0,05) отмечен в группе учащихся симпатотоников. Для учащихся с нормотонией и ваготонией в период предэкзаменационного стресса ИН увеличился (на 80,7 усл. ед. для нормотоников и на 61 усл. ед. для ваготоников), однако в процентном выражении, оказывается более выраженным (на 95,7% для нормотоников и на 176,8% для ваготоников), чем в группе симпатотоников, по той причине , что значения ИН в состоянии покоя, относительно которого и определяется процент изменений, в данных группах значительно ниже. Следует так же сказать, что отмеченное увеличение значения ИН в период перед экзаменом в группах подростков нормотонией и ваготонией находится на границе статистической значимости (p 0,07 для группы нормотоников и p 0,09 для группы ваготоников). Описанные ре зультаты представлены на рис. 29.
Для параметра ПАПР, который отражает влияние симпатической регуляции, выраженная динамика наблюдалась у юношей. Так, у девушек увеличение ПАПР составило 38,6% (р 0,05), а у юношей — уже 58,4% (р 0,01). Усиление активности симпатической нервной системы в период экзаменационного стресса также подтверждается увеличением показателя А Mo, который составил 32,2% у юношей (р 0,05) и 26,9% у девушек (р 0,05). При этом п осле окончания экзамена значение AMo приблизилось к данным контрольной группы. Эти данные свидетельствуют о напряжении механизмов адаптации, а также о включении в регуляцию сердечного ритма более высоких уровней регуляции (см. табл. 8). Следует отметить, что динамика двух данных показателей (ПАПР и AMo) существенно различается у испытуемых с разным типом вегетативной регуляции. Так, в период экзаменационного стресса у испытуемых с ваготоническим типом регуляции не было обнаружено никаких значимых различий в сравнении с контрольными измерениями, у школьников с нормотонической регуляцией значимо изменились только показатели ПАПР (на 17,1 усл. ед., p 0,05), а у симпатотоников статистически значимо увеличились как значения ПАПР (на 35,7 усл. ед., p 0,01), так и AMo (с 38,8 до 48,7%, p 0,05). Полученные результаты показывают, что чем больше вклад парасимпатического контура регуляции в ВСР, тем менее подверженной стрессовым воздействиям оказывается ССС учащегося в целом. По данным параметрам можно говорить о том, что экзаменационный стресс не оказывает какого-либо влияния на ВСР учащихся с ваготоническим типом вегетативной регуляции, в то время как для симпатотоников стрессовое воздействие оказывается наиболее выраженным. Анализируемые параметры проиллюстрированы на рис
Анализ вариационного показателя Mo, который в физиологическом смысле характеризует доминирующий уровень функционирования синусового узла, обнаружил, что и у девушек, и у юношей перед сдачей экзамена происходило статистически значимое снижение, которое составило 12,1% для юношей и 10,6% для девушек (в обоих случаях p 0,01) (см. табл. 8 выше).
Однако при анализе динамики моды в зависимости от тонуса вегетативной нервной системы были получены существенные различия. Так, если для ваготоников снижение Mo составило 7,7% и не является статистически значимым, то для нормотоников мода уменьшилась на 10,8% (p 0,05), а для симпатотоников — на 18,6% (p 0,01). Таким образом, экзаменационный стресс оказывает наибольшее влияние на деятельность синусового узла у школьников с преобладанием симпатического влияния на ВРС. Описанные результаты проиллюстрированы на рис. 32. 800 -750 -700 _ 650 =x . 600 GL Ваготония V 550 -500 450 -400 - X -O Ш Нормотония О- Симпатотония y- " Контрольные Перед После экзаменом экзамена Рис. 32. Изменение моды перед экзаменами и после экзаменов при прохождении ГИА в зависимости от вегетативного тонуса нервной системы: — p 0,05; — p 0,01 при сравнении с контрольными измерениями
Анализ всех показателей вариационной пульсометрии позволяет сделать вывод о том, что чем больше выражен симпатический контур регуляции ВСР у школьников, тем в большей степени они подвержены влиянию экзаменационного стресса.
Показатели временного анализа, к которым относятся SDNN (среднеквадратичное отклонение), pNN50 (процентная представленность эпизодов различия последовательных интервалов более чем на 50 мс), SDSD (стандартное отклонение разностей между соседними нормальными R–R-интервалами) и RMSSD (квадратный корень из суммы квадратов разностей между последовательными интервалами R–R), позволяют оценить влияние вегетативного баланса между симпатическим и парасимпатическим отделами нервной системы. Полученные результаты представлены в табл. 9.
Состояние вегетативной нервной системы и адаптационных возможностей по данным спектрального анализа у школьников
В период активного роста и развития ребенка, совпадающий с обучением в школе, в организме происходят глубокие морфофункциональные перестройки, затрагивающие в числе прочего и его адаптационный потенциал. Учебная деятельность сопряжена с наличием стрессовых факторов, среди которых особо выделяется повышенное напряжение при сдаче государственных итоговых экзаменов в 9 и 11 классах. В этих условиях чрезвычайно важно обеспечить поддержание адекватной деятельности различных функциональных систем организма, в том числе ССС, с целью избежать неблагоприятных последствий, связанных с превышением адаптационного потенциала ребенка.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют об особенностях морфофункционального развития школьников в возрасте 10–18 лет, т.е. в период обучения в средней и старшей школе, а также оценить готовность организма и характер стрессового воздействия на организм при сдаче итоговых государственных экзаменов. Анализ уровня физического развития школьников показал, что его можно охарактеризовать как гармоничное: 75,3% учащихся следует отнести к именно гармоничному типу развития, в 19,2% — ниже среднего и в 5,5% — выше среднего. Отклонения от средних значений как по длине тела , так и по сочетанным оценкам роста и веса примерно соответствуют типичным выборочным значениям, при этом следует отметить, что недостаточное развитие наблюдается в несколько раз чаще.
В нашем исследовании мы разделили школьников по тонусу вегетативной нервной системы на основании ИН в соответствии с рекомендациями Р.М. Баевского [8, 9]. Мы не обнаружили взаимосвязи между физическим развитием и тонусом ВНС школьников. Около 60% школьников относятся к нормотоническому типу, что справедливо как для школьников с гармоническим типом развития, так и для тех, чьи параметры физического развития отстают от нормативных показателей или опережают их.
В исследуемый возрастной период организм школьников претерпевает существенные изменения, связанные прежде всего с половым созреванием. Этот процесс отражается на всех системах организма, в том числе и на регуляции сердечного ритма. На основании различных показателей ВСР можно судить о вегетативном балансе, готовности организма к стрессовым нагрузкам, его выносливости и адаптационном потенциале, а также выявить возможные донозологические состояния или патологические отклонения.
Хотя методика анализа ВСР в целом хорошо разработана, ее использование для школьников 10–18 лет остается малоизученным. Главным образом это обусловлено тем, что до настоящего времени ввиду ограниченного количества исследований данной возрастной группы не существует устоявшихся возрастных норм с учетом пола и особенностей вегетативного баланса детей. Поэтому интерпретация данных ВСР основывалась прежде всего на сравнении различных групп между собой.
Результаты исследования показывают, что в период с 10 до 18 лет происходит физиологическое созревание, связанное с усилением адаптационного потенциала организма. Об этом говорят прежде всего последовательно увеличивающиеся с возрастом значения Мо и ТР, отражающие общее функциональное состояние ССС , а также снижение ИН, который связан с адаптационными возможностями организма (более низкие значения соответствуют большему адаптивному потенциалу). При этом созревание и повышение адаптивности более интенсивно происходят у юношей: в 15–18 лет их значения Мо значимо выше, а ИН — значимо ниже значений девушек, а значимое превосходство значений ТР у мальчиков наблюдается уже в 13–14 лет и сохраняется в 15–18 лет. Соответственно, выносливость и адаптационный потенциал девушек в период с 10 до 18 лет повышаются не так сильно, как это происходит у юношей.
В процессе созревания также происходит постепенное увеличение роли парасимпатической регуляции ВСР, что отражается прежде всего в увеличении SDNN с возрастом и одновременном снижении ПАПР, ИВР и АМо. Наиболее заметное и значимое повышение парасимпатического влияния на сердечный ритм наблюдается в возрасте 13–14 лет, когда происходит интенсивная физиологическая перестройка организма вследствие процессов полового созревания. Этот процесс наблюдается как у мальчиков, так и у девочек. При этом увеличение влияния парасимпатического отдела ВНС на регуляцию сердечного ритма с возрастом более выражено у мальчиков и юношей. Если соотношение влияния симпатического и парасимпатического отделов на регуляцию ВСР в возрасте 10–12 лет у девочек и мальчиков примерно одинаково, то в 13–14 лет появляются значимые различия в средних показателях ПАПР, ИВР, АМо, SDNN, SDSD, pNN50 и RMSSD. Эти различия сохраняются и в возрасте 15–18 лет, причем для параметров ПАПР, ИВР, АМо и SDNN они становятся статистически более значимыми.
Спектральный анализ показывает, что с возрастом общая мощность спектра последовательно увеличивается, при этом в абсолютных значениях ее рост связан прежде всего с составляющими низкой частоты спектра. Поскольку б льшая мощность связана с б льшим адаптивным потенциалом ССС, то можно заключить, что такая динамика обусловлена созреванием организма и процессами физиологического взросления. При этом у девочек увеличение мощности спектра происходит достаточно равномерно, в то время как у юношей в 13–14 лет происходит резкое увеличение мощности спектра высоких частот, значимо превышающее аналогичное увеличение у девочек, что говорит о смещении вегетативного баланса в сторону парасимпатического звена регуляции ВСР. Это смещение выражается также в значимых различиях в показателях LF/HF в данном возрасте. Следует отм етить, что симпатическая активность в данном случае не угнетается, но не успевает за развитием механизмов парасимпатической регуляции.