An Evaluation of the Functional State of the Body of Students Using Heart Rhythm Variability Parameters
An Evaluation of the Functional State of the Body of Students Using Heart Rhythm Variability Parameters
Abstract
The aim of the study was to evaluate the functional state of the students of the same age group (17-19 years, n=47) during 2 years (2020, 2021, the 1st and 2nd year respectively) during the active learning process on the basis of the analysis of heart rate variability (HRV) parameters. The students were subjected to electrocardiographic (ECG) examination with the use of PAC "Health-Express". Dominant parasympathetic type of regulation by vagosympathetic index in 82% of students indicates good stress-resistance and sufficient reserves of cardiovascular system for adaptation to different, psychophysical factors of training. Students with overstrain of regulatory systems and disruption of adaptation are referred to the risk group for the possibility of functional disorders. The results of the research can be applied to identify the predisposition to impaired adaptive mechanisms.
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.