Динамика активности уровней нейровегетативной регуляции системы кровообращения при решении шахматных задач в условиях ограниченного времени

Детский организм быстро реагирует на изменения окружающей среды и социальных факторов. Исследования последних лет свидетельствуют о значительном ухудшении состояния здоровья детей, оцениваемых по таким интегральным параметрам, как индекс здоровья, число острых заболеваний, количество длительно и часто болеющих детей, уровень физического развития [1-3].

Дети и подростки особенно подвержены внешним влияниям в так называемые критические и сенситивные периоды развития. Одним из таких важнейших критических периодов является возраст начала обучения в школе, когда качественные перестройки морфофункционального созревания базовых мозговых процессов приходятся на период резкой смены социальных условий [4]. В возрасте 5-8 лет происходят глубокие изменения, во многом меняющие физиологические возможности растущего организма, и обозначают его как период «первичной социализации», т.е. наступления готовности к школе и начального школьного обучения. Биологическое созревание мозга, и тем самым, обеспечение возможности устойчивой умственной деятельности - механизмов, обеспечивающих активное внимание, необходимых для успешной учебы в школе - связано с увеличением энергопотенциала клеток мозга в данном возрасте [5].

Н.К. Кормилицына [6] выявила, что под влиянием повышенной внешкольной умственной нагрузки, идущей в ущерб физическим занятиям, наблюдается ухудшение работоспособности, напряжение физиологических возможностей ребенка, что ведет к развитию выраженного утомления к концу учебного года. В этом аспекте значительный интерес представляет оценка степени напряжения адаптационных процессов и механизмов вегетативной регуляции деятельности, которые наиболее чутко реагируют на внешние воздействия [7].

Цель работы: определение активности различных уровней регуляции деятельности системы кровообращения детей младшего школьного возраста, занимающихся шахматами, как маркеров психофизиологического состояния учащихся-шахматистов.

Организация и методы исследования. В исследовании приняло участие 18 учащихся младшего школьного возраста, занимающихся шахматами на протяжении 3-4 лет. Обследование проведено в период зимних каникул (январь) в первой половине дня, до начала занятий в секции (с 10 до 12 часов) (в положении сидя) (проба 1) и после нагрузки (решение 3 шахматных задач повышенной сложности за 10 минут, проба 2).

Проведен спектральный анализ показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС), ударного объема (УО), фракции выброса (ФВ) и амплитуды реоволны сосудов пальца стопы (АРП). В каждом положении регистрировались за 500 ударов сердца (ЭКГ), автоматически регистрировались абсолютные значения параметров и их вариабельность по методу быстрого преобразования Фурье. Вариабельность (флюктуации) рассматривались как мера вегетативной (автономной) регуляции кровообращения. Мощность спектральной плотности (общая мощность спектра - ОМС, мс2) (общая вариабельность) анализировалась как функция частоты, показателем вариабельности служит среднеквадратическое отклонение значений показателей.

Анализ колебательной активности показателей гемодинамики проведен в четырех диапазонах спектра: 1) ультра низкочастотный диапазон (УНЧ) -до 0,025 Гц (отражает активность метаболической регуляции); 2) очень низкочастотный диапазон (ОНЧ) - 0,025-0,075 Гц, отражает активность высших центров вегетативной регуляции; 3) низкочастотный диапазон (НЧ) (0,075-0,15 Гц) - отражают активность симпатического отдела ВНС; 4) высокочастотный диапазон (ВЧ) - 0,15-0,5 Гц -влияние парасимпатического отдела ВНС. При расчете величин мощности использовалась фильтрация спектра 60 %. Это осуществлено для того, чтобы выявить и проанализировать только пиковую активность в спектрах [8].

Результаты исследования представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Спектральные характеристики показателей гемодинамики до проведения пробы (М ± т, %)

	ЧСС	ОМС	УНЧ	ОНЧ	НЧ	ВЧ
ЧСС	88,89	129,71	6,19	22,63	45,11	55,77
	3,61	10,56	0,73	1,71	2,16	2,57
	%		4,78	17,45	34,78	43,00
УО	46,78	17,68	1,41	3,64	7,50	5,13
	2,44	1,34	0,13	0,39	0,58	0,60
	%		7,98	20,59	42,40	29,03
ФВ	58,67	8,44	0,83	2,54	3,83	1,24
	1,34	0,65	0,10	0,28	0,41	0,15
	%		9,80	30,15	45,45	14,68
АРП	19,33	281,52	23,90	91,70	129,07	36,86
	2,66	22,35	2,02	3,10	8,05	2,56
	%		8,49	32,57	45,85	13,09

В исходном положении (табл. 1) хронотропная функция сердца находилась преимущественно под воздействием сегментарного уровня регуляции: наиболее высока мощность колебаний в диапазоне ВЧ, далее - в диапазоне НЧ, отражающих соответственно влияние парасимпатического и симпатического отделов ВНС на ритм сердца, индекс вагосимпатического взаимодействия был менее 1,0 усл. ед. (НЧ/ВЧ=0,81). Индекс централизации (ОНЧ+НЧ/ВЧ) составил 1,22 усл. ед., что отражает отсутствие напряжения регуляторных механизмов у школьников-шахматистов до нагрузки.

В регуляции сократительной функции (ударный объем, фракция выброса) превалировали также влияния сегментарного (симпатического) отдела вегетативной нервной системы. В то же время, в регуляции ударного объема существенное значение имел и парасимпатический отдел ВНС (29 %), а фракции выброса - надсегментарный уровень регуляции (ОНЧ-колебания составили 30,2 %), что, вероятно, способствует поддержанию этой гомеостатической величины на относительно постоянном уровне в состоянии покоя.

В регуляции периферического кровотока доминировали симпатический отдел ВНС и надсегментарный уровень регуляции, что, на наш взгляд, отражает несовершенство механизмов местной регуляции периферической гемодинамики (низок уровень УНЧ-модуляций, составивший всего 9 %), а также, возможно, это является следствием низкой двигательной активности детей-шахматистов.

Далее рассмотрены спектральные характеристики показателей системы кровообращения после умственной нагрузки (решение шахматных задач в условиях ограниченного времени) (табл. 2).

Нами установлено, что реакция ЧСС на нагрузку у детей была адекватной (тенденция к снижению) с существенным повышением значимости надсегментарного уровня регуляции (с 17,5 % до 38,5 %) и повышением мощности колебаний в ука занном диапазоне. В других диапазонах произошло снижение мощности колебаний, что определило и падение ОМС ритма сердца более чем в 1,5 раза. После проведения пробы напряжение адаптационных механизмов характеризовалось резким снижением сегментарного уровня регуляции (суммарно доля НЧ+ВЧ составила 45 %), индекс централизации увеличился в 2 раза (до 2,15 усл. ед.). В 2 раза возросла мощность колебаний в УНЧ-диапазоне и его относительная доля в ОМС составила около 16 % (против 4,8 % в исходном положении). Вероятно, возрастала и роль внутрисердечных факторов регуляции хронотропной функции.

Значимых изменений сократительной функции не происходило, но ОМС У О претерпела серьезные изменения: увеличилась в 3 раза за счет повышения мощности колебаний во всех диапазонах (при сохранении доли каждого из уровней регуляции). В то же время, сохранение фракции выброса и ее ОМС на неизменном уровне определялось повышением доли ОНЧ-колебаний до 40 % за счет уменьшения роли сегментарного уровня регуляции (НЧ- и ВЧ-колебания).

Снижение ОМС АРП отражало существенное повышение ОНЧ- и УНЧ-флюктуаций. Доля этих колебаний составила 42,2 % и 12,3 % соответственно. Следовательно, роль гуморальных и местных метаболических факторов регуляции после пробы возрастала.

Таким образом, влияние умственной нагрузки с ограничением времени на решение поставленных задач приводит не только к изменениям гемодинамических показателей, но и их спектральных характеристик. Полученные нами результаты значительно расширяют представления о механизмах регуляции различных звеньев системы кровообращения у детей, поскольку до настоящего времени основные изыскания в этой области ограничиваются анализом медленноволновой вариабельности только ритма сердца. Так, изучение особенно-

Интегративная физиология

Таблица 2 Спектральные характеристики показателей гемодинамики после проведения пробы (М ± т, %)

ЧСС ОМС УНЧ ОНЧ НЧ вч чсс 92,56 76,74 12,21 29,48 14,54 20,50 3,34 23,98 1,34 2,20 1,21 1,90 % 15,91 38,42 18,95 26,72 УО 48,22 54,85 3,30 9,22 24,02 18,31 2,64 2,37 0,46 0,60 1,92 2,13 % 6,02 16,82 43,79 33,38 ФВ 58,11 8,66 1,23 3,39 3,12 0,93 1,29 0,76 0,11 0,04 0,29 0,08 % 9,68 30,76 37,37 22,19 АРП 20,00 155,98 19,12 65,80 61,99 9,07 6,39 83,06 2,04 3,47 3,23 0,10 % 12,26 42,19 39,74 5,81 стей вариабельности сердечного ритма у детей в возрасте от 7 до 12 лет различных групп вегетативной регуляции сердечного ритма позволило Н.И. Шлык с соавт. [9] определить 4 группы детей, имеющих различные статистически значимые количественно-качественные соотношения механизмов вегетативной регуляции сердечного ритма, указывающих на различную степень напряжения сегментарных (симпатического, парасимпатического отделов ВНС) и надсегментарных (центральных) механизмов регуляции сердечного ритма.

Д.А. Дмитриев с соавт. [10] в период с начала первого учебного года до окончания второго класса происходит некоторое увеличение парасимпатического тонуса, и снижение симпатического тонуса регуляции.

Т.Г. Кириллова с соавт. [11] выявили при оценке возрастной динамики статистических показателей сердечного ритма у детей 5-7,5 лет волнообразную динамику становления вегетативной регуляции, на возрастном этапе от 7 до 7,5 лет определена синхронная дезактивация симпатического отдела в пользу холинэргический проявлений. При этом В.Н. Безобразова [12] указывает на физиологически важную роль преобладания симпатических влияний ВНС у детей в увеличении силы сокращения сердца, повышении КДО и массы миокарда левого желудочка, в то время как проявления парасимпатикотонии в младшем школьном возрасте могут свидетельствовать о снижении адаптационных возможностей организма детей, сопряжены с более выраженным напряжением механизмов вегетативной регуляции, в связи с чем учащиеся с исходным ваготоническим тонусом ВНС нуждаются в индивидуальном подборе режима двигательной активности и контроле функционального состояния организма [13].

О.В. Кузнецовой [14] при спектральном анализе ритма сердца, артериального давления и дыхания мальчиков и девочек 8-11 лет выявлено наличие хорошо выраженных волн в трех диапазонах частот (HF, LF, VLF). Анализ индивидуальных вариантов вегетативного обеспечения респираторно-гемодинамической системы здоровых детей 8-11 лет показал большое разнообразие вегетативного ответа на действие тестовых нагрузок, как по направленности изменений показателей, так и по их амплитуде. По данным автора, наиболее чувствительными индикаторами воздействия умственных нагрузок на организм детей 8-11 лет являются спектральные характеристики ритма сердца, объема дыхания и общей мощности спектра исследуемых ритмов. Полученные нами результаты позволяют считать, что принципиально важным является оценка более широкого спектра показателей с оценкой активности регуляторных механизмов центрального и периферического звена сердечно-сосудистой системы (в том числе как хронотропной, так и инотропной функции сердца, а также периферического отдела ССС).