Гендерные особенности вариабельности сердечного ритма и гемодинамического обеспечения учебной деятельности студентов

Полный текст

Физиологическое обеспечение интеллектуальной деятельности человека остается важным вопросом в теории и практике процессов обучения человека. В настоящее время количество людей, разнообразная деятельность которых теснейшим образом связана с использованием компьютерных технологий, огромно. Среди них большой процент приходится на студентов высших учебных заведений (ВУЗов). Так, отмечены индивидуальные особенности вегетативного обеспечения решения психофизических задач при компьютерном тестировании [1]. Наряду с внедрением новых технологий, важным фактором, характеризующим реальную деятельность студентов, является значительная неравномерность интеллектуальной и психологической нагрузки на протяжении учебного года [2, 3]. Безусловно, основные нагрузки студенты испытывают во время сессии [2, 4]. Вместе с тем, для рационализации учебного процесса представляется важным изучение физиологических механизмов, обеспечивающих текущую учебную активность студентов в условиях средних нагрузок с учетом состава групп. Большинство студенческих групп состоит из юношей и девушек, соотношение которых различно в зависимости от специфики ВУЗа. Известно, что имеется ряд особенностей в динамике психологических и физиологических показателей при физических, эмоциональных и интеллектуальных нагрузках у лиц разного пола [5-8].

Цель – выявление особенностей динамики физиологических и психофизических показателей при выполнении компьютерного зачетного тестового задания юношами и девушками.

Материалы и методы

Проведенная работа включала в себя сравнительный анализ психофизиологических, гемодинамических и кардиоинтервальных показателей студентов-медиков (16 юношей и 16 девушек в возрасте от 19 до 22 лет) в процессе выполнения зачетного компьютерного теста по курсу нормальной физиологии. Исследование проведено в соответствии с правовыми основами, после подписания участниками добровольного информированного согласия. Испытуемым был предложен альтернативный способ сдачи коллоквиума по текущему разделу курса в виде решения учебного компьютерного теста по физиологии возбудимых тканей, включающего в себя 30 вопросов различного уровня сложности. Время выполнения теста не ограничивалось. Тест считался выполненным, если количество правильных ответов достигало ≥50%.

Программа исследования состояла из следующих этапов:

1. За неделю до основного испытания определяли уровень личностной тревожности по Спилбергеру, психофизиологическую установку по Айзенку, пара-метры простой сенсомоторной реакции и реакции на движущийся объект.
2. В день компьютерного тестирования определяли уровень ситуационной тревожности по Спилбергеру, непосредственно перед решением теста проводили измерение систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления по методу Короткова, частоты сердечных сокращений (ЧСС), регистрировали кардиоинтервалограмму (КИГ) в отведении II с использованием аппаратно-программного комплекса «Варикард» (РАМЕНА) в течение 5 минут.
3. Выполнение компьютерного тестового задания.
4. Окончание теста. Повторная регистрация КИГ в течение 5 минут, определение САД, ДАД и ЧСС после решения теста.

На основе полученных данных, расчетным способом были определены следующие гемодинамические показатели: пульсовое давление (ПД), среднединамическое давление (СДД), ударный и минутный объем крови (УОК и МОК), периферическое сопротивление сосудов (ПСС), сердечный цикл (СЦ).

После преобразования Фурье были проанализированы статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов: среднеквадратичное отклонение (SDNN), коэффициент вариации (CV), pNN50 – процент пар последовательных кардиоинтервалов, различающихся более чем на 50 мс, RMSDD – квадратный корень из суммы квадратов разности последовательных пар нормальных интервалов (NN). По данным вариационной пульсометрии определены мода (Mo), амплитуда моды (Amo), стресс-индекс напряжения (SI). Были изучены спектральные характеристики, выраженные в условных единицах от суммарной мощности (TP): высокочастотный (PHF), низко (PLF) и очень низкочастотный (PVLF) компоненты спектра; рассчитан индекс централизации (IC).

Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи пакета программ Statistica 6.0 (Stat Soft Inc., США), Office Excel 2007 (Microsoft, США). Статистическую значимость различий исследуемых показателей внутри и между группами юношей и девушек определяли в случае нормального распределения при помощи критерия Стьюдента, при распределении, отличном от нормального, использовали критерий Манна-Уитни (для независимых выборок) и Уилкоксона (для зависимых). С целью установки взаимосвязей изучаемых параметров использовали метод ранговой корреляции по Спирмену. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты и их обсуждение

Все испытуемые были разделены на две равные группы по 16 человек: девушки (группа 1) и юноши (группа 2). Рейтинг результативности выполнения всеми студентами задания имел диапазон от 19,3% до 65,0%. Средняя результативность выполнения тестового задания девушками оказалась выше, чем в группе юношей (48,5±11,7% и 38,6±11,3% соответственно, p<0,05). Возможно, это связано с различиями когнитивной деятельности в достижении результатов лицами разного пола при решении задания данного типа [7]. При сравнении психофизиологических показателей обнаружено, что среднее время простой сенсомоторной реакции у девушек было больше, чем у юношей (274,7±17,8 мс и 261,1±17,3 мс соответственно, p<0,05). Среднее значение реакции на движущийся объект, а также время выполнения компьютерного тестового задания в группах не отличались.

Анализ гемодинамических показателей (табл. 1) указывает на снижение САД, ДАД, СДД, ПСС у юношей и на уменьшение САД у девушек после выполнения компьютерного теста. Из различий между группами следует отметить, что значения САД, СДД у девушек по сравнению с юношами было меньше как до, так и после тестирования, а ДАД – достоверно ниже лишь до выполнения задания. У юношей после тестирования имело место снижение показателей гемодинамики и периферического сопротивления сосудов, чего не наблюдалось у девушек. Эти факты могут быть рассмотрены как проявление особенности, прежде всего, сосудистого компонента психоэмоционального напряжения как до, так и после достижении результата с большим динамизмом у юношей. Последнее может определяться имеющимся различием в цитоархитектонике 24-го поля лимбической коры у мужчин и женщин. Это поле тесно связано с префронтальной корой, особенно в правом полушарии [9] и участвует в регуляции сердечного ритма и гемодинамического обеспечения [10].

 

Таблица 1 Сравнительная характеристика гемодинамических показателей  в группах девушек и юношей до и после теста

Показатели	До выполнения задания		После выполнения задания
	Группа 1 (девушки)	Группа 2 (юноши)	Группа 3 (девушки)	Группа 4 (юноши)
n	16	16	16	16
САД, мм рт. ст.	115,8±11,8++, **	131,6 ±13,6ˣ	109,1±11,1ˣˣ	126,0±15,4
ДАД, мм рт. ст.	68,1±7,4*	74,3±8,4ˣˣ	65,9 ±6,1	70,1±10,3
ЧСС, уд./мин	71,3±9,5	65,6 ±10,4	71,3±10,1	64,8 ±9,4
СДД, мм рт. ст.	84,0±8,1**	93,4±9,4ˣˣ	80,3±6,8ˣ	88,8±11,4
УО, мл	66,7±6,1	67,9±6,9	65,4±5,9	69,5±7,3
МОК, мл/мин	4757,0±825,9	4473,9±973,2	4677,9±876,5	4519,9±941,5
ПСС, дин. с. см-5	1445,5±258,0	1743,6±450,1ˣ	1411,4±253,6	1650,8±487,2

Примечание: *– p<0,05 при сравнении с группой 2; **– p<0,01 при сравнении с группой 2; ⁺⁺– p<0,01 при сравнении с группой 3; ˣ – p<0,05 при сравнении с группой 4;  ˣˣ – p<0,01 при сравнении с группой 4

 

Исследование интегральных показателей вариабельности сердечного ритма выявило следующие закономерности (табл. 2). После тестирования для юношей характерно достоверно более высокое значение общей мощности спектра. При этом, у юношей после тестирования снижалась доля высокочастотного компонента (PHF) при увеличении низко- и очень низкочастотного компонентов спектра (PLF и PVLF, соответственно). Отмечалось увеличение индекса вагосимпатического взаимодействия (LF/HF) и индекса централизации (IC). Подобная динамика свидетельствует об ослаблении влияния автономного контура и усилении центральных и надсегментарных механизмов регуляции сердечного ритма. После выполнения тестового задания вегетативный баланс у юношей смещался в сторону симпатического звена.

 

Таблица 2 Показатели вариабельности сердечного ритма в группах юношей и девушек  до и после выполнения теста

Показатели	До выполнения задания		После выполнения задания
	Группа 1 (девушки)	Группа 2 (юноши)	Группа 3 (девушки)	Группа 4 (юноши)
pNN50, %	30,62±19,28	36,91±21,51	28,78±18,38	33,31±17,89
SDNN, мс	67,31±24,44	74,13±25,88	69,69±26,09	81,81±27,22
AMo50, %	35,10±11,47	31,59±13,64	35,24±10,87	29,82±9,27
SI, условные единицы	84,38±55,15	67,94±61,13	77,38±52,22ˣ	45,38±20,81
TP, мс2	4467,03±3004,13	4874,44±2980,38	4910,51±4001,38ˣ	6207,11±3837,72
PHF, %	37,71±14,83	45,48±18,13ˣˣˣ	35,64±13,89	30,04±11,11
PLF, %	48,36±13,40	39,14 ±12,34ˣ	45,09±11,31	44,75±10,12
PVLF, %	13,94±7,14+	15,37±7,22ˣˣ	19,28±8,50	25,21±10,73
LF/HF	1,58±0,88	1,22±1,07ˣˣ	1,52±0,79	1,97±1,64
IC	2,04±1,18	1,73±1,58ˣˣ	2,18±1,12	3,11±2,48
HF, мс2	1749,21±1729,27	5822,00±14546,82	1572,00±1351,00	1702,17±1406,89
LF, мс2	1952,49±1444,68	1499,74±1032,37ˣ	2086,16±2434,50	2123,63±1154,23
VLF, мс2	510,15±444,99	613,93±531,79ˣˣ	805,05±801,42ˣ	1321,76±1133,69

Примечание: ⁺– p<0,05 при сравнении с группой 3, ˣ– p<0,05 при сравнении с группой 4, ˣˣ– p<0,01 при сравнении с группой 4, ˣˣˣ– p<0,001 при сравнении с группой 4

 

Следует отметить, что в работах ряда авторов установлено, что при умственной нагрузке наблюдается нарастание симпато-адреналовой активности, отмечена роль симпатических влияний в динамике сердечного ритма и артериального давления при решении задач вербально-логического типа [11, 12]. Показана связь состояния сердечно-сосудистой системы с психоэмоциональным статусом [4, 6]. В связи с более низким уровнем эффективности выполнения учебного задания юношами можно предположить, что вышеописанная динамика ритма сердца представляет собой сердечный компонент эмоционального состояния, связанного с отрицательной субъективной оценкой полученного результата. В группе девушек наблюдался рост очень низкого компонента спектра (PVLF), что указывает на усиление надсегментарных механизмов регуляции ритма сердца. У девушек, по сравнению с юношами, после тестирования имело место большее значение стресс-индекса регуляторных систем (SI), характеризующего симпатическое звено регуляции.

При проведении корреляционного анализа выявлены взаимосвязи между изучаемыми гемодинамическими и психофизическими параметрами, а также показателями вариабельности сердечного ритма (ВСР), времени и результативности выполнения учебного задания. Такие связи были обозначены нами, как функциональные «сопряженные» пары. Наибольшее число сопряженных пар включало в себя два показателя ВСР, затем пары с психофизическим показателем и показателем ВСР, далее – пары с двумя гемодинамическими показателями и, наконец, пары с показателем ВСР и гемодинамическим показателем (рис. 1). У девушек до выполнения задания отмечено достоверно большее число сопряженных пар, имеющих в своем составе психофизиологические показатели и параметры ВСР, чем у юношей (p<0,05).

 

Рис. 1. Основные группы и состав сопряженных пар исследуемых показателей до и после выполнения учебного компьютерного теста у девушек у юношей

 Примечание: С – показатель ВСР; Г – показатель гемодинамики; ПФ – психофизиологический показатель; В – время выполнения учебного задания; Р – результативность;  ⁺ – p<0,05 при сравнении с одноименным показателем внутри группы после тестирования;  * – p<0,05 при сравнении одноименных показателей между группами девушек и юношей

 

В процессе выполнения испытуемыми учебного задания выделили устойчивые, распавшиеся и возникшие пары (табл. 3). Общее число сопряженных пар в группе девушек как до, так и после компьютерного тестирования было больше, чем в группе юношей. При этом, в исследуемых группах преобладали устойчивые пары. После тестирования доля устойчивых пар у девушек была больше, а возникших – меньше, чем в группе юношей. Значимо большее число устойчивых сопряженных пар можно рассматривать как проявление стабильности и меньшей подвижности регуляторных механизмов у девушек.

 

Таблица 3 Динамика сопряженных пар исследуемых показателей  до и после выполнения учебного задания у девушек и юношей

Число пар ДО выполнения задания
Динамика пар	Девушки	Юноши
Распавшиеся пары	20+	13+
Устойчивые пары	40	28
Всего	60	41
Число пар ПОСЛЕ выполнения задания
Устойчивые пары	40*,+	28+
Возникшие пары	8*	15
Всего	48	43

Примечание: * – p<0,05 при сравнении с ячейкой, расположенной справа; ⁺ – p<0,05 при сравнении с нижерасположенной ячейкой

 

Помимо этого, наибольшее количество сопряженных пар с психофизиологическими показателями и показателями ВСР в исходном состоянии у девушек можно рассматривать как реализацию центральных доминирующих связей, обеспечивающих в масштабах мозга успешное выполнение интеллектуального задания. Известно, что заданному уровню функционирования целостного организма соответствует эквивалентный уровень функционирования аппарата кровообращения [18].

В литературе отмечена связь уровня активности передних областей коры мозга и параметров ритма сердца [13]. Имеются данные, указывающие на вовлечение различных отделов центральной нервной системы в когнитивную, аффективную и вегетативную функции и, в частности, в регуляцию гемодинамики и сердечного ритма [14-16]. Установлена связь между показателями ритма сердца и показателями будущего результата у лиц, успешно выполнивших опознание зрительных образов [17]. Такое вовлечение возможно при наличии динамических связей между группами нейронов, входящих в состав центров, контролирующих работу сердца и тонус кровеносных сосудов, а также нейронов, обеспечивающих психосоматическую сферу и моторную деятельность. Вероятно, преобладание устойчивых сопряженных пар у девушек указывает как на большую стабильность механизмов, так и на более широкое взаимодействие центров, участвующих в решении интеллектуальной задачи данного вида. Тогда изменение числа и состава сопряженных пар после выполнения задания будет указывать на изменение уровня динамических связей между центрами.

Таким образом, можно полагать, что динамика взаимодействия исследованных показателей сердечно-сосудистой системы, вариабельности ритма сердца, а также сопряженных пар будет, согласно П.К. Анохину [19], обеспечивать достижение конечного полезного результата – успешное выполнение учебного компьютерного задания.

Выводы

1. Решение теста юношами осуществлялось на фоне снижения значений гемодинамических показателей при ослаблении парасимпатических и активации симпатических надсегментарных и центральных механизмов регуляции сердечного ритма.
2. У девушек при меньших средних значениях отмечена стабильность гемодинамических показателей и усиление надсегментарных влияний на динамику сердечного ритма.
3. При корреляционном анализе выявлены «сопряженные» пары, два компонента которых включали в себя исследуемые показатели. Общее число «сопряженных» и, в частности, устойчивых пар в группе девушек как до, так и после компьютерного тестирования было больше, чем в группе юношей. Описанную динамику числа устойчивых сопряженных пар можно рассматривать как проявление большей стабильности и относительно меньшей подвижности регуляторных механизмов у девушек.

Об авторах

Екатерина Владимировна Бирюкова

ФГAОУ ВО Первый Московский государственный медицинский  университет им. И.М. Сеченова Минздрава России  (Сеченовский Университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: biryukova_kate@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-2721-5402
SPIN-код: 7147-5950
ResearcherId: H-7602-2016

ассистент кафедры нормальной физиологии

Россия, Москва

Николай Александрович Василюк

ФГAОУ ВО Первый Московский государственный медицинский  университет им. И.М. Сеченова Минздрава России  (Сеченовский Университет)

Email: vestnik@rzgmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7447-6648
SPIN-код: 6503-4310
ResearcherId: V-9883-2018

главный специалист кафедры нормальной физиологии

Россия, Москва

Владимир Васильевич Андрианов

ФГAОУ ВО Первый Московский государственный медицинский  университет им. И.М. Сеченова Минздрава России  (Сеченовский Университет)

Email: vestnik@rzgmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0988-7918
SPIN-код: 1402-0080
ResearcherId: W-1057-2018

д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы