Physiological Responses of the Modern Students' Body in Relation to Subjective Circadian Rhythms
Physiological Responses of the Modern Students' Body in Relation to Subjective Circadian Rhythms
Abstract
The aim of the study is to ascertain the scientific basis on the influence of biorhythms on the vitality of students as an adaptation to external environmental conditions. The effect of biorhythms on physiological processes and academic performance of the researched is examined. The types of biological rhythms are presented. The frequencies of distribution of students' academic performance are identified. The dependence of academic performance on the type of biorhythms as well as on the emotional state is analysed. The dynamics of indicators of sleep phases by biorhythms of the studied (by gender) is presented. The importance of studying and taking into account human biorhythms is determined, as human mental and physical activity is influenced by lunar-terrestrial relations and taking into account individual biorhythms will help to optimize performance. To achieve all the objectives of the study required the solution of a set of tasks: using literary sources, to study biological rhythms; to identify what can affect circadian rhythms and how they are reflected in the daily activities of students; to analyse the results obtained and draw conclusions.
The object of the study is pupils (students). Number of the subjects: girls 21, boys 9. Total number: 30 people aged 18-20 years old, which corresponds to the adolescent age.
The subject of the study is biological rhythms.
The practical significance of the study is that with the knowledge of the patterns of biological rhythms, it is possible to identify the relationship of biorhythms with student achievement.
The relevance lies in the practical part, the sleep study, since the measurements were carried out using smartwatches ("Apple watch", "Mi Smart Band"), which help to monitor vital signs at any convenient minute.
1. Введение
Все живые организмы, начиная от простейших одноклеточных и заканчивая такими высокоорганизованными, как человек, обладают биологическими ритмами, которые проявляются в периодическом изменении жизнедеятельности и, как самые точные часы, отмеряют время. Изучение биологических ритмов открывает новые возможности для регуляции и управления процессами, протекающими в оргазме под влиянием различных внутренних и внешних факторов. Характер биологических ритмов имеет большое значение при организации жизнедеятельности.
2. Материалы и методы исследования
1) Исследование фаз сна и выяснение его зависимости с биоритмами учащихся. При помощи смарт-часов и фитнес-браслетов («Apple watch» и «Mi Smart Band» ) отследили фазы сна при помощи графиков, которые были в соответствующих приложениях.
2) Проводились унифицированные тесты: тест «Что вы за «птица?» по методике Д. Хорна – О. Эстерберга в модификации А.А. Путилова для определения биоритма исследуемых . Также для определения нормы и достоверности результатов был проведён тест на тяжесть инсомнии (шкала по Ch. Morin) . Тест для определения индивидуального биологического профиля (Доскин В.А., Куиджи Н.Н., 1989) . Достоверность в разнице высчитывалась с помощью: парного критерия Стьюдента, нормального распределения, а также тесты, приведённые выше.
3) Соматометрические показатели: длина тела (ДТ) стоя/сидя измерялась с помощью стандартного ростомера в медицинском кабинете. Масса тела (МТ) определялась при взвешивании на весах Novex с точностью измерения до 50 г.
4) Физиометрические показатели: систолическое и диастолическое артериальное давление (САД, ДАД), частота сердечных сокращений (ЧСС) измерялись с помощью тонометра «AND». Измерения проводились в медицинском кабинете.
5) Формирование комбинационных таблиц, статистическая обработка данных осуществлялась в системе управления базами данных «Microsoft Access 2019» с использованием прикладных статистических программ Biostatics v. 4.03, Statistica v.6.0, с привлечением критерия Пирсона, различия считались статистически значимыми при р < 0,05 .
3. Изложение основного материала
По тесту «Что вы за «птица?» по методике Д. Хорна – О. Эстерберга в модификации А.А. Путилова были определены биоритмы исследуемых, которые разделены по полу (табл. 1).
Таблица 1 - Соотношение по полу индивидуальных ритмов
Хронотип | Мальчики | Девочки | Всего |
Жаворонки (Ж) | 3 | 2 | 5 |
Голуби (Г) | 2 | 13 | 15 |
Совы (С) | 4 | 6 | 10 |
Всего: | 9 | 21 | 30 |
Статистика: | χ2 = 4,603; сс = 2; р = 0,100 | ||
У жаворонков оценка «Удовлетворительно» составляет 20,00% от всех исследуемых с хронотипом жаворонок. Оценка «Хорошо» составляет 60,00% от всех исследуемых с хронотипом жаворонок. Оценка «Отлично» составляет 20,00% от всех исследуемых с циркадным ритмом жаворонок (табл. 2).
У голубей оценка «Удовлетворительно» составляет 13,33% от всех исследуемых с хронотипом голубь. Оценка «Хорошо» составляет 60,00% от всех исследуемых с хронотипом голубь. Оценка «Отлично» составляет 26,67% от всех исследуемых с хронотипом голубь.
У сов оценка «Удовлетворительно» составляет 60,00% от всех исследуемых с хронотипом сова. Оценка «Хорошо» составляет 40,00% от всех исследуемых с хронотипом сова. Оценка «Отлично» составляет 0,00% от всех исследуемых с хронотипом сова (табл. 2).
Таблица 2 - Частоты распределения успеваемости учащихся
Хронотип | Успеваемость | Всего | |||||
3 | 4 | 5 | |||||
кол-во | % | кол-во | % | кол-во | % | ||
Жаворонки (Ж) | 1 | 20,00 | 3 | 60,00 | 1 | 20,00 | 5 |
Голуби (Г) | 2 | 13,33 | 9 | 60,00 | 4 | 26,67 | 15 |
Совы (С) | 6 | 60,00 | 4 | 40,00 | 0 | 0,00 | 10 |
Всего: | 9 | – | 16 | – | 5 | – | 30 |
Статистика: | χ2 = 7,656; сс = 4; р = 0,106 | ||||||
Лучшую успеваемость в обучении имеют учащиеся с типом биоритма «голубь», так как это тот тип людей, который может жить по любому распорядку.
Жаворонки также более гибкие и могут подстраиваться под задачи. Совы — это та категория людей, которым нужно больше времени, чтобы начать работать и им трудно сконцентрироваться утром, а вечером они бодры и полностью работоспособны (табл. 2).
Таблица 3 - Динамика показателей фаз сна у мальчиков и девочек по биоритмам
Хроно- тип | N | Пол | Показатель фаз сна | |||
Часов, M±m | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | |||
(Ж) | 3 | ♂ | 3,33±1,43 | 3,33±1,43 | 3,00±0,00 | 1,00±0,00 |
2 | ♀ | 3,00±0,00 | 3,00±0,00 | 2,50±6,35 | 2,00±0,00 | |
5 | Все | 3,20±0,56 | 3,20±0,56 | 2,80±0,56 | 1,40±0,68 | |
(Г) | 2 | ♂ | 3,50±0,35 | 3,50±0,35 | 2,50±0,35 | 1,50±0,35 |
13 | ♀ | 2,69±0,52 | 4,23±0,70 | 3,15±0,60 | 1,61±0,31 | |
15 | Все | 2,80±0,48 | 4,13±0,62 | 3,07±0,53 | 1,60±0,28 | |
(С) | 4 | ♂ | 1,75±0,80 | 2,25±1,52 | 3,75±1,52 | 1,75±1,52 |
6 | ♀ | 2,33±0,86 | 3,00±0,66 | 2,50±0,57 | 1,83±0,43 | |
10 | Все | 2,10±0,53 | 2,70±0,59 | 3,20±0,66 | 1,80±0,45 | |
Примечание: 1, 2, 3, 4 – фазы сна: 1 – глубокий; 2 – базовый; 3 – быстрый; 4 – бодрствование
При анализе показателя биоритма «Жаворонок» получили следующие результаты:
Средний показатель фазы глубокого сна (1) у мужского пола (♂) равен 3,33 часа, что на 0,33 часа больше, чем у того же показателя биоритма, но у женского пола (♀).
Средний показатель фазы базового сна (2) у мужского пола также равен 3,33 часа, что на 0,33 часа больше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы быстрого сна (3) у мужского пола равен 3 часа, что на 0,5 часа больше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы бодрствования (4) у мужского пола на 1 час меньше, чем у женского
При анализе всех обследуемых (и женского и мужского полов) получили следующие результаты:
Общий средний показатель глубокого сна равен 3,2 часа, что является аналогичным значением и для показателя фазы базового сна.
Общий средний показатель быстрого сна равен 2,8 часа, что на 0,4 часа меньше, чем у глубокого и базового или на 1,4 часа больше, чем у бодрствования.
При анализе показателя биоритма «Голубь» получили следующие результаты:
Средний показатель фазы глубокого сна у мужского пола равен 3,5 часа, что на 0,81 часа больше, чем у того же показателя биоритма, но у женского пола.
Средний показатель фазы базового сна у мужского пола также равен 3,5 часа, что на 0,73 часа меньше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы быстрого сна у мужского пола равен 2,5 часа, что на 0,65 часа меньше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы бодрствования у мужского равен 1,5, что на 0,11 часа меньше, чем у женского.
При анализе всех обследуемых (и женского и мужского полов) получили следующие результаты:
Общий средний показатель глубокого сна равен 2,8 часа, что на 1,33 часа меньше базового, на 0,27 часа меньше быстрого сна, но на 1,2 часа больше бодрствования.
При анализе показателя биоритма «Сова» получили следующие результаты:
Средний показатель фазы глубокого сна у мужского пола равен 1,75 часа, что на 0,58 часа меньше, чем у того же показателя биоритма, но у женского пола.
Средний показатель фазы базового сна у мужского пола также равен 2,25 часа, что на 0,75 часа меньше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы быстрого сна у мужского пола равен 3,75 часа, что на 1,25 часа больше, чем у женского пола.
Средний показатель фазы бодрствования у мужского равен 1,75, что на 0,08 часа меньше, чем у женского.
При анализе всех обследуемых (и женского и мужского полов) получили следующие результаты:
Общий средний показатель глубокого сна равен 2,1 часа, что на 0,6 часа меньше базового, на 1,1 часа меньше быстрого сна, но на 0,3 часа больше бодрствования (табл. 3).
Рисунок 1 - Динамика фаз сна у «Жаворонков» по полу
Рисунок 2 - Динамика фаз сна у «Голубей» по полу
Рисунок 3 - Динамика фаз сна у «Сов» по полу (в часах)
Рисунок 4 - Эмоциональный ритм исследуемых
Примечание: 1–30 — номера исследуемых
При сравнении наших данных с результатами исследований Иванова В. Д. 2017г. выяснилась значимая (p<0.05) разница в результатх наблюдений: в работе Иванова В. Д. 18,0% исследуемых – «жаворонки», 46% – «совы» и 36% – «аритмики»; тогда как у нас 17% исследуемых – «жаворонки», 33% – «совы», 50% – «голуби» .
Что же касается сравнений эмоционального ритма, на уровне при p<0.05, в работе Иванова В.Д. , высокий уровень самочувствия и активности в понедельник отметили 77,5% студентов, средний – 18% и низкий – 4,5%. В среду показатели составили соответственно 32,5%, 49,5%, 18,0%. В пятницу – 14,5%, 49,5%, 36%; в нашей работе высокий уровень эмоционального самочувствия в понедельник 80% и низкий 20%. В среду показатели составили высокий – 70%, средний – 17%, низкий – 13%. В пятницу высокий – 63%, средний – 10%, низкий – 27%.
Большинство исследуемых являются «голубями», так как основная работоспособность сохраняется в течение всего дня. Жаворонки проявляют свою работоспособность лучше в первую половину дня, а совы во вторую.
При сравнении наших данными с результатами исследований работы Алёшиной Т. Е. 2016 г. выяснилось:
В работе Алёшиной Т. Е. 26 человек относятся к «жаворонкам», их умственная работоспособность преобладает в первой половине дня. «Голуби» составили 70 человек, их умственная работоспособность преобладает в течение всего дня. Среди «сов» 25 человек, их умственная работоспособность выше во второй половине дня, то в нашей работе выводы исследования совпадают. Голуби более гибкие и они могут подстраиваться под быстро изменяющуюся ситуацию в течение всего рабочего дня. Жаворонки – это тот тип, которому проще приспособиться утром, в отличие от сов, у которых часы работы приходятся лишь на вечернее, а то и вовсе ночное время .
Наше исследование подтверждает влияние циркадных ритмов на работоспособность исследуемых. Из табл. 2 можно увидеть:
Успеваемость «отлично» в большей степени имеют голуби – 26,67%, «хорошо» – жаворонки – 60,00%, «удовлетворительно» – совы – 60,00%. У голубей активность проявляется на протяжении всего дня. Активность жаворонков выпадает на утренние часы, а у сов вечерние.
4. Результаты
Голуби с оценкой «Отлично» имеют лучшую успеваемость по сравнению с остальными хронотипами. Также «Голуби» имеют лучшую успеваемость с оценкой «Хорошо» по сравнению с другими циркадными ритмами. Самую плохую успеваемость с оценкой «Удовлетворительно» имеют «Совы».
Как у мальчиков, так и у девочек 1 и 2 фазы сна (глубокий и быстрый) практически равны. Однако 1 и 2 фазы 0,33 часа больше у мальчиков. Значительно большая (3 часа) 3 фаза у мальчиков при практически одинаковой 4 фазе (2 часа у девочек и 1 час у мальчиков соответственно).
У мальчиков 1 и 2 фазы равны, но 1 фаза больше у мальчиков на 0,81 часа, чем у девочек, а 2 фаза больше у девочек на 0,73 часа, чем у мальчиков. Значительно большая (3,15 часа) 3 фаза у девочек при практически одинаковой 4 фазе (1,61 часа у девочек и 1,5 часа у мальчиков соответственно).
У мальчиков 1 и 2 фазы сна значительно меньше на 0,58 часа и на 0,75 часа соответственно, чем у девочек, и значительно большая 3 фаза (3,75 часа) при практически одинаковой 4 фазе (1,83 часа у мальчиков и 1,75 часа у девочек).
Эмоциональный ритм отражает биоритм исследуемых и влияет на их успеваемость. Жаворонкам и голубям проще приспосабливаться к быстро меняющимся условиям, в отличие от сов, у которых пик своей активности приходится на вечернее, ночное время суток.
5. Заключение
Большинство учащихся по типу биологической активности относятся к так называемым «Голубям», это люди, которые могут подстроиться под любые условия, и каких-либо проблем с режимом дня у них не возникает. У «голубей» пик активности физиологических функций приходится на дневные часы, а у «сов» на вечерние, что отражается на повседневной деятельности.
Эмоциональный ритм также влияет на умственные способности исследуемых, чем ниже эмоциональный ритм, тем ниже продуктивность. Голуби – самый «выгодный» хронотип, им проще всего приспособиться к изменяющимся условиям, легче включиться в работу. Жаворонкам проще делать это в утренние часы, но к вечеру их активность спадает, в отличие от сов, которые проявляют умственную активность лишь в вечерние, а иногда и в ночные часы. Также одним из ключевых факторов является сон. Из нашего исследования было выявлено, что разные хронотипы имеют разную продолжительность не только полного сна, но и его фаз.
Всё это в совокупности подтверждает, что биоритмы влияют на умственную способность исследуемых.