Heart rate variability is a marker of the risk of maladaptation of students of various educational institutions

Full Text

Одним из ключевых аспектов физиологии является проблема изучения функциональных систем, состояний и процессов организма. Важнейшим понятием в теории функциональных состояний остается понятие системного ответа, которое неразрывно связано с представлением об адаптации [1]. По определению В.И. Медведева (2003) адаптация представляет собой системный ответ организма на повторяющееся или длительное воздействие внешней среды, обеспечивающий изменение гомеостатической регуляции посредством формирования адекватного первичного ответа и снижения платы за адаптацию, обеспечивая жизнедеятельность организма [2].

Известно полифункциональное влияние многофакторной среды на организм человека, базирующееся на физиологической компенсации, дополнениях и вариативных изменениях функций. При этом неотъемлемой частью являются психологические и поведенческие компоненты [3]. Во многих случаях картина адаптации обусловлена особенностями поведения человека в условиях социальной среды и ее психологической окраски.

Среди факторов, оказывающих непосредственное влияние на организм и формирование адекватного системного ответа, особое место занимают социальные условия, зачастую подавляя другие факторы, поскольку при этом нивелируется выход за пределы оптимума ряда факторов внешней среды и обеспечивается или, напротив, нарушается постоянство внутренней среды. Условия образовательного учреждения вносят огромный вклад в развитие ребенка и во многом определяют формирование как специфических, так и неспецифических механизмов адаптации [2, 4, 5].

Современные условия образовательного пространства диктуют необходимость изучения особен- ностей реагирования и адаптационного ответа организма детей к условиям инновационных учебных заведений. Одним из такого рода образовательных учреждений является казачий кадетский корпус. Закрытый тип учреждения и профессиональный уклон учебной программы создают более эффективные условия воздействия на учащихся, но в той же степени могут оказывать и негативное воздействие. Нельзя не отметить важность возрастного периода, в который дети приступают к обучению в кадетских корпусах. В подростковый период на фоне интенсивного роста происходит установление и дифференциация отдельных ядерных структур гипоталамуса, формируются новые функци-ональные связи между эндокринной и нервной системами. Таким образом, даже успешная адаптация к новым условиям образовательного пространства имеет свою «цену», и ее уровень будет зависеть от степени истощения резервов организма, приводя к функциональным и соматическим нарушениям [6, 7]. В то же время различный уровень реактивности функциональных систем, проявляющийся в скорости ответа на стрессовый фактор, позволяет выявлять истощение функциональных резервов на донозологическом этапе.

Анализ данной проблемы определяет ее актуальность в современных условиях с учетом реформирования института среднего образования. Следовательно, требуется комплексный подход к изучению показателей адаптации подростков к разным условиям образовательный среды.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Провести сравнительный анализ адаптационных возможностей кадетов казачьего корпуса и учеников средней общеобразовательной школы на основе изу-чения спектральных показателей вариабельности сердечного ритма.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено на базе казачьего кадетского корпуса и средней общеобразовательной школы Астраханской области. Обследованы кадеты (n = 64) и школьники (n = 86) в возрасте 10–12 лет. Для исследования стандартных показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) использовался аппаратно-программный комплекс «Здоровье-экспресс» по ТУ 9442-003-17635079-2009: исполнение 2 – «Здоровье-Экспресс-2» («Медицинские Компьютерные Системы», город Зеленоград, Московская область).

В качестве функциональной пробы использовалась ортостатическая проба, являющаяся простым, высокоинформативным и доступным методом исследования. Проведение активной ортостатической пробы (АОП) осуществлялось после предварительного инструктажа. Обследуемый находился в горизонтальном положении в течение 10-минутного промежутка времени, в течение которого проводилась запись кардиоритмограммы в покое на протяжении 5 минут. Затем обследуемый по команде принимал вертикальное положение и находился в нем без напряжения в течение 5 минут. Для оценки реактивности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы рассчитывался коэффициент 30:15 (К 30:15) – отношение минимального значения кардиоинтервала в районе 15-го удара от начала вставания к самому длинному в области 30-го сокращения.

Исследование осуществлено в соответствии этическими стандартами, разработанными на основе Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. и «Правилами клинической практики в Российской Федерации», утвержденными Приказом Минздрава России от 19.06.2003 № 266. Статистическая обработка результатов исследования проводилась при помощи компьютерных программ Microsoft Excel 2010 (Microsoft, США), Statistica 6 (Software, США). Для оценки различий между группами применялся t-критерий Стъюдента для парных и непарных выборок с расчетом среднего значения, стандартной ошибки. Пороговое значение достигнутого уровня значимости p было принято равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сравнительный анализ спектральных показателей сердечного ритма учащихся кадетского корпуса и учеников средней общеобразовательной школы в возрасте 10 лет не выявил различий между выборками в состоянии покоя (табл.). Мощность спектра нейрогуморальной регуляции (TP) существенно не отличалась в обеих группах по абсолютным показателям (p = 0,8). Волновая характеристика спектра у школьников характеризовалась преобладанием высокочастотных волн сердечного ритма (HF), характеризующих влияние блуждающего нерва, над низкочастотными (LF). В группе кадетов, напротив, в спектре выявлено преобладание низкочастотных волн (LF), но статистически значимых различий между показателями внутри группы (p = 0,51) и межгрупповых различий (p = 0,32) выявлено не было. Обнаружена статистически значимая разница при сравнении частоты сердечных сокращений, более выраженная у кадетов, чем и объясняется относительное преобладание влияний симпатического отдела (LF). В частности, в состоянии покоя у кадетов сердечный ритм имел большую частоту (86,9 ± 2,7) уд./мин, чем у школьников (80,6 ± 0,9) уд./мин, р = 0,043.

В возрасте 12 лет при анализе спектральных показателей сердечного ритма выявлены значимые различия по ряду параметров. У кадетов выраженность влияния симпатического отдела оставалась на прежнем уровне. Однако статистически значимо увеличился вклад очень низкочастотного компонента, отражающего включение в процесс адаптации гуморально-метаболического механизма, то есть самой медленной системы регуляции [4]. Кроме того, отмечалось снижение уровня активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (HF) (р = 0,024), что совместно с ростом IC указывает на «централизацию» системы управления ритма.

Вместе с тем в возрасте 12 лет показатели сердечного ритма у учеников общеобразовательной школы значительно не изменялись при сравнении с 10-летними, за исключением общей мощности спектра, значение которой аналогично снижалось и у кадетов. Выявлена разница при сравнении с кадетами по показателю низкочастотных (p = 0,034), высокочастотных (р = 0,022) волн и стресс-индексу (р = 0,041). Преобладание HF в волновом спектре свидетельствует о более выраженном влиянии блуждающего нерва на регуляцию ритма, что подтверждает снижение показателя баланса отделов автономной нервной системы – LF/HF (р = 0,031) (табл.).

 

Сравнительный анализ кардиоритмограммы сравниваемых групп до и после проведения ортостатической пробы (М ± m, t-критерий Стьюдента)

Показатель вариабельности сердечного ритма	Кадетский корпус (n = 64)		Средняя общеобразовательная школа (n = 86)
	покой	активная ортостатическая проба	покой	активная ортостатическая проба
10 лет
Ps, уд./мин	86,9 ± 2,7	91,0 ± 6,7	80,6 ± 0,9	90,5 ± 3,5
К 30:15	–	1,25	–	1,35
TP, мс²	4323,5 ± 352,8	2096,9 ± 403,2	4942,9 ± 521,5	3070,7 ± 515,6
LF, %	45,6 ± 6,4	42,6 ± 3,6	35,6 ± 2,8	38,7 ± 6,5
VLF, %	14,1 ± 5,8	25,9 ± 5,5	19,2 ± 1,9	29,8 ± 1,2
HF, %	40,2 ± 8,7	31,5 ± 6,5	42,1 ± 2,4	31,5 ± 5,5
LF/HF	1,6 ± 0,6	1,8 ± 0,6	1,3 ± 0,3	1,2 ± 0,3
IC	1,9 ± 0,2	2,9 ± 0,8	1,4 ± 0,6	2,1 ± 0,2
SI	98,6 ± 67,9	110,3 ± 4,0	87,5 ± 7,5	99,6 ± 8,7
12 лет
Ps, уд./мин	80,1 ± 7,2*	105,0 ± 0,6	76,6 ± 2,6*	89,3 ± 3,5
К 30:15	–	1,10	–	1,22
TP, мс²	3075,82 ± 486,3*	1075,82 ± 516,01	3066,9 ± 132,3*	1295,7 ± 326,3
LF, %	45,5 ± 2,6	55,5 ± 4,5	36,5 ± 2,5	40,0 ± 3,2
VLF, %	25,9 ± 7,3*	15,9 ± 4,1	22,3 ± 3,8	30,4 ± 6,8
HF, %	25,1 ± 3,6*	20,1 ± 5,6	41,1 ± 2,6	29,6 ± 7,8
LF/HF	1,8 ± 1,6	2,8 ± 0,6	0,9 ± 0,6*	1,4 ± 0,3
IC	2,1 ± 0,2*	2,9 ± 0,2	1,9 ± 0,3	2,1 ± 0,2
SI	125,6 ± 6,4*	168,5 ± 3,4	94,3 ± 7,3	90,8 ± 2,1

* Внутригрупповые различия достоверны в разные возрастные периоды (p ≤ 0,05).

 

Проведение активной ортостатической пробы подтвердило предположение о преобладании симпатической активности и напряжении адаптационных механизмов среди кадетов в возрасте 12 лет. Повышение частоты сердечных сокращений более чем на 18 ударов в минуту (25 ± 5,2 уд./мин.) свидетельствует о выраженном влиянии симпатического отдела на регуляцию сердечного ритма и слабой ваготонической реакции на восстановление гомеостаза. Кроме того, отмечается снижение К 30:15, подтверждая вывод о снижении вагусной активности. Рост показателей LF (р = 0,035), LF/HF (р = 0,041), SI (р = 0,038) демонстрирует преобладание центрального контура регуляции сердечного ритма.

Среди учеников общеобразовательной школы также наблюдается рост показателей симпатического отдела автономной нервной системы, но значительно меньший в сравнении с кадетами. Стресс-индекс и индекс централизации, как показатели адаптационных процессов, оказались ниже среди школьников как в 10-, так и в 12-летнем возрасте.

Таким образом, анализ кардиоритмограммы в состоянии покоя и во время проведения функциональной пробы позволяет сделать вывод о росте напряжения адаптационных механизмов у кадетов казачьего корпуса по мере взросления. Аналогичный процесс присутствует также и среди учеников общеобразовательных школ, но имеет при этом гораздо меньшую выраженность.

Математический анализ вариабельности сердечного ритма в покое и во время проведения функциональных проб позволяет оценить текущее функциональное состояние организма, а также его адаптационные резервы. По мнению многих авторов, результаты анализа ритма сердца при проведении функциональных проб позволяют прогнозировать развитие неадекватных реакций, что особенно важно для специализированных учебных заведений, где присутствуют повышенные физические и интеллектуальные нагрузки [8, 9, 10].

По мнению А. Л. Похачевского (2015), ортостатическими показателями вегетативной регуляции восстановления является парасимпатическая активность и общая спектральная мощность [10]. Ее угнетение, как у кадетов, так и у школьников, указывает на снижение активности обеих ветвей регуляции, что также подтверждает снижение адаптационных резервов [11].

Тем не менее, многочисленные исследования свидетельствуют о повышении адаптивных возможностей сердечно-сосудистой системы под влиянием физической нагрузки [9, 10]. При этом адекватная физическая активность повышает выносливость организма, увеличивая его функциональные возможности, что обеспечивает адекватный системный ответ на комплексное воздействие окружающей среды [9, 10].

Рост показателей напряженности адаптационных резервов в обследуемых группах может быть обусловлен эндогенными факторами перехода организма детей в пубертатный период. Среди кадетов более высокие показатели напряженности обусловлены внешнесредовыми факторами, свидетельствуя о существовании проблемы организации учебного процесса в специализированных учебных заведениях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сравнительный анализ вариабельности сердечного ритма учащихся кадетского корпуса и средней общеобразовательной школы в возрасте 10 лет не выявил различий между ними в состоянии покоя. При этом в возрасте 12 лет у кадетов преобладали симпатические влияния, а у школьников отмечалось выраженное усиление вклада блуждающего нерва в регуляцию сердечного ритма.

В период с 10 до 12 лет у учеников общеобразовательной школы наблюдалось снижение общей мощности спектра, отражающей суммарное влияние симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы на регуляцию сердечного ритма при некотором усилении симпатического тонуса.

Анализ кардиоритмограмм в состоянии покоя и во время функциональных проб свидетельствует о росте напряжения адаптационных механизмов у кадетов казачьего корпуса с возрастом. Аналогичный процесс среди учеников общеобразовательной школы менее выражен. Рост показателей напряженности адаптационных резервов в обеих обследуемых группах обусловлен эндогенными факторами, в частности, переходом детей в период полового созревания, а также экзогенными влияниями, в том числе нарастанием физических, интеллектуальных и психоэмоциональных нагрузок.

Проведенный сравнительный анализ кардиоритмогармм у кадетов казачьего корпуса и учеников средней общеобразовательной школы покзал, что спектральные характеристики вариабельности сердечного ритма могут быть использованы в качестве чувствительных маркеров напряжения физиологических систем и снижения адаптационных резервов.

About the authors

Galina A. Yamanova

Astrakhan State Medical University

Author for correspondence.
Email: galina_262@mail.ru

Assistant of the Department of Pharmacognosy, Pharmaceutical Technology and Biotechnology

Russian Federation, Astrakhan

Rodion A. Kudrin

Volgograd State Medical University

Email: rodion.kudrin76@yandex.ru

Head of the Department of Pathophysiology, Clinical Physiology

Russian Federation, Volgograd

Dmitry V. Orlov

Volgograd State Medical University

Email: platmed@yandex.ru

Assistant of the Department of Public Health and Healthcare, Institute of Continuing Medical and Pharmaceutical Education

Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files