THE USE OF HYSTERESIS PHENOMENON IN REVEALING GENDER SPECIFICS OF BLOOD PRESSURE REGULATION IN STUDENTS UNDER COGNITIVE LOAD

При когнитивной нагрузке активируются различные отделы мозга, что может проявляться особенностями регуляции системы кровообращения. Регуляторные механизмы можно условно объединить в понятие единой функциональной системы вегетативного управления. При этом данная система является детерминированно-хаотичной

Цель исследования: выявить гендерные особенности динамики регуляции артериального давления в условиях когнитивной нагрузки у студентов с применением явления гистерезиса.

Задачи исследования:

1. Оценить перспективы применения явления гистерезиса для оценки вегетативного баланса в условиях когнитивной нагрузки.

2. С использованием явления гистерезиса выявить варианты реагирования сердечно-сосудистой системы у студентов в условиях когнитивной нагрузки.

3. Провести анализ гендерных вариантов изменения основных показателей сердечно-сосудистой системы (АД, частоты сердечных сокращений (ЧСС)) на различных этапах когнитивной нагрузки.

В исследовании приняли участие 35 человек из них – 18 юношей, средний возраст 19,4±0,1 лет, 17 девушек, средний возраст 19,0±0,05 лет, все участники студенты второго курса, педиатрического факультета медицинского университета г. Новосибирска. Исследование проводилось весной. В качестве нагрузки применялся тест Амтхауэра (устное решение арифметических задач)

На первом этапе нашего исследования мы оценили показатели ПД, и ЧСС в общей группе обследуемых, в группах юношей и девушек в 4-х измерениях (табл.1,2), и проследили динамику зависимости этих показателей относительно друг друга с применением явления гистерезиса (рис. 1,2). Юноши и девушки одного возраста 19±0,07 лет, в группе девушек фаза менструального цикла не учитывалась.

Как видно из представленных данных в таблице 1 в общей группе обследуемых достоверных отличий показателей ПД в 4-х измерениях не выявлено. ПД – это числовое различие между систолическим и диастолическим давлением. ПД при прочих равных условиях пропорционально количеству крови, выбрасываемой сердцем при каждой систоле. Динамика ПД – оценка инотропного эффекта работы сердца. Значения ЧСС достоверно (р<0,05) увеличиваются в точках исследования - 2 – проведение нагрузки, и 3 – сразу после нагрузки, относительно исходного уровня ЧСС-1, также показатели ЧСС-2, ЧСС-3 достоверно выше уровня ЧСС-4 – восстановление после нагрузки. Эти изменения свидетельствует о значительном влиянии симпатического отдела вегетативной нервной системы (ВНС), которое проявляется хронотропным эффектом работы сердца.

Рисунок 1 - Динамика ПД и ЧСС в четырех точках исследования в общей группе обследуемых

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.54.2

Для построения петли гистерезиса учитывали одновременно показатели ЧСС и ПД в четырех точках исследования в системе координат х и у. В точке 2 – пик нагрузки, максимально увеличивается ЧСС (хронотропный эффект), в точке 3 сразу после нагрузки, ЧСС уменьшается, при максимальном показателе ПД (инотропный эффект). В нашем исследовании наибольшее внимание мы уделили механизмам регуляции работы сердечнососудистой системы (ССС) в период восстановления после нагрузки (фрагмент петли гистерезиса, выделенный черной прямой, соединяющей точки 3 и 4). В точке 4 – 5 мин. после, проведенной нагрузки уровень ПД и ЧСС – возвращаются практически к исходным значениям. Восстановление этих показателей происходит прямо пропорционально относительно друг друга. Траектория петли гистерезиса в общей группе обследуемых отражает процесс восстановления механизмов регуляции работы сердца после выполненной нагрузки.

Как видно из представленных данных в таблице 2 в группе юношей выявлено достоверное отличие показателя ПД, в точке-3, этот показатель максимально высок и достоверно выше (р<0,05) уровня ПД в точке-4 – восстановление после нагрузки. В группе девушек достоверных отличий показателей ПД в 4-х измерениях не выявлено. В ходе исследования изменение ЧСС в группах девушек и юношей не отличается. ЧСС-2 и ЧСС-3 достоверно (р<0,05) выше исходного уровня (ЧСС-1). Также показатели ЧСС-2, ЧСС-3 достоверно выше уровня ЧСС-4 – восстановление после нагрузки. При оценке значений ПД и ЧСС между группами юношей и девушек выявлены достоверные отличия показателя ПД-1 и ПД-3. Исходный уровень ПД у юношей выше, этот показатель увеличивается во время нагрузки и достигает максимума сразу же после ее завершения.

Рисунок 2 - Динамика ПД и ЧСС в четырех точках исследования в группах юношей и девушек

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.54.4

При анализе динамики показателей ПД и ЧСС с применением явления гистерезиса в группе юношей выявлено максимальное увеличение ЧСС в точке 2, в точке 3 ЧСС начинает снижаться, при максимальном росте уровня ПД, за счет преобладания симпатического отдела ВНС, но при этом меняется вектор механизма регуляции – хронотропное влияние меняется на инотропное. В период восстановления после нагрузки (фрагмент петли гистерезиса, выделенный черной прямой, соединяющей точки 3 и 4), наблюдается смена регуляторных механизмов, точка-3 – точка «перегиба» отражает фазовый переход к доминирующему влиянию парасимпатического отдела ВНС в регуляции работы сердца. В точке 4 – ЧСС возвращается к исходному уровню, а уровень ПД – снижается. В группе девушек максимальное значение ЧСС и ПД наблюдается в точке-2 – ведущее значение симпатического отдела ВНС, проявляющееся хронотропным эффектом. В точке-3 эти показатели синхронно снижаются, при этом уровень ПД приближается к исходному значению, в период восстановления после нагрузки, в точке 4 – ЧСС возвращается к исходному уровню, а уровень ПД – увеличивается. Ведущая роль симпатического отдела ВНС сохраняется.

На втором этапе исследования проводился корреляционный анализ показателей ПД и ЧСС в общей группе обследуемых, в группах юношей и девушек в 4-х измерениях. Юноши и девушки одного возраста 19±0,07 лет, в группе девушек фаза менструального цикла не учитывалась.

В общей группе обследуемых выявлена достоверная (р < 0,05) отрицательная корреляционная зависимость между показателями ЧСС-2 и ПД-4 (-0,38), и ЧСС-3 и ПД-4 (-0,40). В группе девушек, так же как в общей группе выявлена достоверная отрицательная корреляционная зависимость между показателями ЧСС-2 и ПД-4 (-0,39), и ЧСС-3 и ПД-4 (-0,48). Отрицательные корреляции в общей группе и группе девушек между исследуемыми параметрами выявленные на этапе восстановления после нагрузки отражают нелинейность механизмов регуляции работы сердца. Активность симпатического отдела ВНС, проявляется хронотропным эффектом на сердце. В группе юношей достоверной корреляционной зависимости между исследуемыми показателями не выявлено.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в общей группе обследуемых в условиях цикла – состояния покоя – когнитивная нагрузка – восстановление после нагрузки выявлено однонаправленное изменение показателей – ПД и ЧСС, эти показатели максимальны при проведении нагрузки и сразу же по ее окончанию, при этом достоверно увеличивается только показатель ЧСС. Также выявлена достоверная отрицательная корреляция между показателями ПД и ЧСС в процессе восстановления после нагрузки. Таким образом, в общей группе обследуемых регуляция АД во время нагрузки и при восстановлении после нее обеспечивается симпатическим отделом ВНС, который в большей степени проявляется положительным хронотропным влиянием на сердце.

Больший интерес вызывает динамика регуляции АД в группах юношей и девушек в условиях когнитивной нагрузки. Исходный уровень ПД в группе юношей достоверно выше этого показателя в группе девушек. По мнению исследователей

Достоверно высокий показатель ПД-3 у юношей относительно ПД-3 группы девушек, позволяет предположить, что ведущим звеном регуляции АД во время когнитивной нагрузки является симпатическое влияние ВНС, проявляющееся выраженным инотропным эффектом на сердце. В период восстановления доминирует парасимпатическое влияние – отрицательный инотропный эффект, показатель ПД-4 достоверно ниже ПД-3 (инактивация кальциевых и активация калиевых каналов – ацетилхолинактивируемый K+-ток IK (ACh))

В группе девушек, как и в группе юношей выявлены достоверное увеличение ЧСС точках 2 и 3 цикла исследования относительно ЧСС-1 – исходное состояние и ЧСС-4 – восстановление. Изменений показателя ПД – не выявлено. При анализе петли гистерезиса точка 2 является точкой «перегиба», в этой точке максимальные показатели ПД и ЧСС. В регуляции АД во время когнитивной нагрузки преобладает симпатический отдел ВНС, наблюдается хронотропный эффект. Мы полагаем, что у девушек на пике когнитивной нагрузки симпатическое влияние более выражено на клетки SA-узла, возможно связанное с активацией натриевых, кальциевых и фанни каналов – f-каналы

На основании полученных данных можно говорить о том, что в гендерных группах в условиях когнитивной нагрузки в регуляции АД превалирует значение симпатического отдела ВНС, что является адаптирующим и мобилизующим механизмом в регуляции системы кровообращения. При этом у юношей адаптационный потенциал определяется за счет инотропного, а у девушек хронотропного эффектов на сердце. В период восстановления у девушек адаптирующее влияние симпатического отдела сохраняется, а юношей меняется регуляторный контур АД – преобладает парасимпатическое влияние, но вектор регуляции остается – инотропный (отрицательный) эффект на сердце.

1. Использование явления гистерезиса позволяет выявить варианты реакции сердечно-сосудистой системы (АД и ЧСС) как в условиях проведения когнитивной нагрузки, так и при состоянии выхода (реакция восстановления).

2. Реакция артериального давления и ЧСС в условиях проведения когнитивной нагрузки характеризуется нелинейными закономерностями с характерными точками фазовых переходов.

3. С использованием явления гистерезиса выявлены гендерные варианты реакции АД и ЧСС в условиях выхода из когнитивной нагрузки, которые у юношей, в отличие от девушек, проявляются в смене симпатических на парасимпатические влияния.