Оценка функционального состояния организма студентов с использованием параметров вариабельности сердечного ритма
Оценка функционального состояния организма студентов с использованием параметров вариабельности сердечного ритма
Аннотация
Целью исследования является оценка функционального состояния студентов одной возрастной группы (17-19 лет, n=47) в течение 2 лет (2020, 2021 гг., 1 и 2 курс соответственно) во время активного учебного процесса на основе анализа параметров вариабельности сердечного ритма (ВСР). Учащимся проводилось электрокардиографическое (ЭКГ) обследование с использованием ПАК «Здоровье-Экспресс». Доминирующий парасимпатический тип регуляции по вагосимпатическому индексу у 82% студентов указывает на хорошую стрессоустойчивость и достаточные резервы сердечно-сосудистой системы для приспособления к различным психофизическим факторами обучения. Студенты с перенапряжением регуляторных систем и срывом адаптации отнесены к группе риска по возможности возникновения функциональных нарушений. Результаты исследования могут быть применены для выявления предрасположенности к нарушению адаптационных механизмов.
1. Введение
Функциональное состояние (ФС) учащихся поддерживается рядом систем регуляции организма. Известно, что наиболее чувствительной к изменениям ФС всего организма является сердечно-сосудистая система (ССС) . Ритм и сила сердечных сокращений быстро отзываются на изменение среды и используются для характеристики уровня адаптации и стресса .
Одним из методов, позволяющих оценить состояние вегетативной нервной системы (ВНС), является анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) , . ВСР – это неинвазивный метод диагностики ФС организма, основанный на измерении и анализе временных R-R интервалов ЭКГ. В кардиоритме заключена информация о процессах, протекающих не только в пределах сердечно-сосудистой системы , но и в нервных центрах и эндокринной системе.
Изменения показателей ВСР у студентов под влиянием учебной нагрузки описаны в целом ряде работ , .
Исследования автономной регуляции сердечного ритма подтверждают, что колебания статистических характеристик ВСР раньше, чем другие функциональные показатели, сигнализируют о чрезмерности нагрузки . Согласно научной литературе, особенности адаптационного процесса также определяются типом вегетативной регуляции ритма сердца.
Поэтому остается актуальным анализ адаптационных возможностей молодежи для выявления вероятности развития функциональных нарушений.
2. Методы и принципы исследования
В течение 2020 – 2021 гг. были обследованы студенты (n=47, 34 девушки и 13 юношей, 17-19 лет) института Биологии и Экологии Владимирского государственного университета для оценки адаптационных возможностей по показателям вариабельности сердечного ритма (ВСР). Студенты обследовались в осенние периоды каждого года во время активного учебного процесса без функциональных нагрузок на добровольной основе.
У студентов измерялись соматометрические (рост, вес) и физиометрические параметры (артериальное давление (АД), пульс). Для оценки их образа жизни проводилось анкетирование.
Рассчитывался индекс массы тела (ИМТ). Экспресс-оценка уровня физического состояния (УФС) осуществлялась по методике Е.А. Пироговой, которая позволяет без функциональных проб оценить индивидуальный уровень здоровья на основе данных о возрасте, частоте сердечных сокращений, весе, росте, АД.
Для анализа адаптационного состояния студентов производилась регистрация ЭКГ с использованием ПАК «Здоровье-Экспресс» модуль ВСР (3 мин.).
Статистический анализ ВСР основывается на анализе изменений длительности R-R интервалов между сокращениями. Спектральный анализ основан на расчете амплитудного спектра кардиоинтервалов. Он показывает распределение трех компонентов мощности в зависимости от частоты колебаний: высокой (HF), низкой (LF) и очень низкой (VLF) мощности. На основании соотношения мощностей различных компонентов спектра делают вывод о сравнительном вкладе модуляций симпатического и парасимпатического звеньев ВНС в регуляцию сердечного ритма .
Комплексную оценку состояния вегетативной регуляции демонстрирует показатель активности регуляторных систем (ПАРС, по Баевскому Р.М.) – бальный показатель, численно отражающий общее состояние РС человека, исходя из его индивидуальных реакций. Основывается на некоторых параметрах ВСР.
Результаты анализировались с применением непараметрических методов математической статистики, использовались программные пакеты Microsoft Excel и Statistica 6.1. Распределение данных представлено медианой и интерквартильным размахом в виде 25% и 75% процентилей. Для оценки достоверности различий между медианами двух зависимых выборок применялся Т-критерий Вилкоксона (Рw).
3. Основные результаты
Был проведен анализ показателей ВСР и уровня физического развития студентов в 2020 и 2021 гг., основные результаты в таблице (табл. 1).
Таблица 1 - Показатели вариабельности сердечного ритма и уровня физического состояния у студентов в 2020 и 2021 годах
Показатель | Норма | 2020 год n=47 | 2021 год n=47 | Рw |
Статистические показатели | ||||
RRNN, мс. Среднее значение всех R–R интервалов. | 710,0 – 970,0 < – при физической нагрузке, стрессе; > – при высоких функциональных возможностях ССС. | 818,5 (755,4-884,4) | 828,45 (753,7- 905,0) | >0,05 |
Показатели числовых характеристик гистограммы (показатели Р.М. Баевского) | ||||
Стресс-индекс (SI) (индекс напряжения ИН), усл. ед. Отражает вовлеченность в стресс. | 32,0 – 283,0 < 30 – инертность, пассивность; - 400-600 – у людей с постоянным дистрессом. | 60,6 (38,3-127,0) | 52,8 (34,5-90,7) | >0,05 |
Спектральные показатели | ||||
TP, м (общая мощность волн). Суммарное значение мощности всех волн. Отражает суммарный запас сил. | 2448,0 – 4484,0 < – снижение адаптационных возможностей ССС; > – хорошее функциональное состояние ССС. | 3341,7 (1394,1-4706,5) | 2884,5 (2268,5- 4946,8) | >0,05 |
VLF, м (очень низкочастотные волны). Отражает нейрогуморальные и метаболические влияния. | 700,0 – 1300,0 < – энергодефицитное состояние; > – гиперадаптивное состояние. | 368,3 (175,5-534,0) | 328,9 (220,5- 661,9) | >0,05 |
LF, м (низкочастотные волны). Связан с симпатической активностью. | 754,0 – 1586,0 > – для здоровых людей. | 783,4 (367,5-1147,0) | 983,6 ( 443,3- 1489,7) | >0,05 |
HF, м (высокочастотные, волны). Сопряжен с дыханием и отражает парасимпатическую активность. | 772,0 – 3128,0 < – преобладание симпатической ВНС. | 1290,3 (453,0-2304,8) | 1235 (568,2- 1880,9) | >0,05 |
LF/HF, усл. ед. Индекс вагосимпатического взаимодействия. | 1,5 – 2,0 < – ваготония; > – симпатикотония. | 0,7 (0,5-0,9) | 0,7 (0,4- 1,4) | >0,05 |
Показатель активности регуляторных систем | ||||
ПАРС, баллы – показатель активности регуляторных систем. Обобщает параметры ВСР. | 1-3 – нормальное состояние РС; 4-5 – донозологическое состояние РС (умеренное напряжение); 6-7 – преморбидное состояние РС (перенапряжение); 8-10 – срыв адаптации. | 5 (3-6) | 5 (4-6) | >0,05 |
Комплексная оценка физического состояния | ||||
УФС, усл. ед., – уровень физического состояния. | < 0,375 – низкий; 0,376-0,525 – ниже среднего; 0,526-0,675 – средний; 0,676-0,825 – выше среднего; > 0,826 – высокий. | 0,644 (0,571-0,715) | 0,614 (0,552-0,673) | <0,01 |
Примечание: Ме (Р25-Р75)
Медианные значения большинства параметров ВСР в общей выборке соответствуют половозрастным нормативам, за исключением индекса вагосимпатического взаимодействия, который ниже нормы и свидетельствует о парасимпатикотонии (табл.1).
Большинство студентов, участвующих в обследовании, ведут здоровый образ жизни: 95% не курят, 30% занимаются каким-либо видом спорта. Последнюю сессию на хорошо и отлично сдали 75%.
Согласно полученным результатам, отсутствуют достоверные различия по отдельным показателям ВСР и комплексному ПАРС у студентов в 2021 г. по сравнению с 2020 г. (Рw>0,05). Изменения прослеживаются по уровню физического состояния, который немного снизился в 2021 году (Рw <0,01).
Оценка спектральных параметров ВСР позволяет сделать вывод об общем хорошем функциональном состоянии и достаточных резервах ССС у более чем половины обследованных студентов, для них характерна высокая и средняя мощность спектра (TP). Таких студентов было почти одинаковое количество в 2020 и 2021 гг. (62% и 61% соответственно).
Медиана показателя вагосимпатического взаимодействия (LF/HF) составляет 0,7, что соответствует небольшому дисбалансу вегетативной регуляции и преобладанию парасимпатических влияний. Оценка соотношения студентов с различными значениями индекса LF/HF показала преобладание парасимпатического типа регуляции ритма сердца у 85% студентов в 2020 г. и у 79% в 2021 г. Симпатикотония отмечается только у небольшого количества студентов (6,4%). Среди них в 2020 г. были только девушки (3 девушки), а в 2021 г. был 1 юноша и 2 девушки. У одной из девушек результат спустя год повторился.
По гистографическим характеристикам рассчитан индекс напряжения Р.М. Баевского (ИН), согласно которому около 70% обследованных как в 2020, так и в 2021 годах имеют нормальное состояние РС. В группу студентов с высокими значениями ИН попали только девушки и все они не занимаются спортом (в 2020 году их было 7,4%, в 2021 году – 6,4% от всей выборки), что говорит о дистрессе и дезадаптации. Это позволяет предположить, что на фоне развитой симпатикотонии, небольшая часть девушек оказалась более подвержена внешним неблагоприятным психофизическим факторам по сравнению с юношами. В 2021 году высокие значения ИН были выявлены только у одного юноши.
Для обобщенной оценки адаптационного статуса по показателям вариабельности сердечного ритма использовали ПАРС. Медианные значение ПАРС для всей выборки в 2020 и 2021 годах соответствуют небольшому функциональному напряжению и не имеют статистически достоверных различий (Рw>0,05). В процентном соотношении нормальное состояние РС и умеренное напряжение характерно для 72% (2020 г.) г. и 68% (2021 г.) обследованных, что допустимо в период адаптации к учебному процессу и не оказывает негативного воздействия на организм (рис.1).
Рисунок 1 - Показатель активности регуляторных систем студентов в 2020 и 2021 годах
По показателю УФС были получены достоверные различия между студентами по годам (Рw <0,01): уровень физического состояния учащихся в 2020 г. был выше (рис. 2). В 2021 году в процентном соотношении стало меньше студентов, как юношей, так и девушек, с высоким и выше среднего уровнем физического состояния и больше со средним уровнем. Количество человек с низкими и ниже среднего показателями существенно не изменился.
Рисунок 2 - Уровень физического состояния студентов в 2020 и 2021 годах
Рисунок 3 - Индекс массы тела студентов в 2020 и 2021 годах
4. Заключение
Таким образом, функциональное состояние обследованных, в целом, является хорошим, а ССС обладает значительными резервами у большей части студентов, принимавших участие в обследовании. Вагусный ритм сердца большинства студентов понижает порог возникновения функциональных нарушений сердца. Это может способствовать успешной адаптации студентов к учебным и физическим нагрузкам.
В процентном соотношении нормальное состояние РС и умеренное напряжение характерно для 72% (2020 г.) г. и 68% (2021 г.) обследованных. В состоянии перенапряжения и срыва адаптации по ПАРС находилась треть студентов на первом (28%) и на втором (32%) курсах, что говорит о недостаточности их функциональных резервов данной группы.
Согласно полученным результатам, отсутствуют достоверные различия по отдельным показателям ВСР и комплексному ПАРС у студентов в 2021 г. по сравнению с 2020 г. (Рw>0,05). Уровень физического состояния студентов снизился в 2021 году (Рw <0,01).
Юноши характеризуются сбалансированным типом регуляции ритма сердца, симпатикотония и пониженная стрессоустойчивость наиболее характерна для части девушек и может потенциально повлиять на ход адаптации и вызывать эмоциональный стресс.
Данные результаты можно использовать для выявления рисков развития вегетативного дисбаланса и дезадаптивных состояний РС во время учебного процесса учащихся.