Спектральные характеристики сердечного ритма учащихся 6-х классов в оценке адаптации к учебным нагрузкам

Психическая напряженность, формирующаяся в процессе обучения у детей и подростков, может ухудшать результаты учебной деятельности, оказывать отрицательное влияние на развитие, протекание когнитивных процессов и становление личности ребенка [4, 5]. В этой связи наиболее важной является проблема оценки адаптационного ресурса детей, который обеспечивает эффективность их деятельности. При этом следует учитывать адаптационные ресурсы как нервной системы, так и вегетативных систем. Именно такой комплексный подход позволяет оценить функциональные возможности ребенка и сформировать индивидуальную программу действий, позволяющую предотвращать дизадаптацию [9]. Информационные нагрузки, как известно, вызывают повышение уровня неспецифической активации, подавление пара-симпатикотонии, нарастание вегетативных сдвигов, существенный рост ситуативной тревожности, следовательно, у них высока цена адаптации к информационным нагрузкам [6]. Школьная успешность не имеет однозначной корреляции по отдельно взятым параметрам, она определяется интегративным эффектом учебной нагрузки, онтогенетическими особенностями, наличием сенситивных и критических периодов развития ребенка, профессиональным мастерством педагогов, активности семьи, мотивацией самого обучающегося с обязательным условием сохранения, развития физического и психофизиологического здоровья ребенка [13]. В настоящее время наблюдается совершенствование методологии изучения ВРС в различных направлениях физиологической науки, в том числе в ходе выполнения ментальных нагрузок, когда проявляются когнитивная и эмоциональная составляющая деятельности [2, 7, 8, 17].

Выполнение ментальной нагрузки характеризуется определенной последовательностью физиологических и поведенческих реакций, которые адекватны специфике задачи и способам ее решения: так, в ситуации экзамена и модели ментальной нагрузки степень активности парасимпатического отдела различна (в первом случае она ниже) [1]. Автор полагает, что при выявлении адаптационных изменений формы проявления ментального стресса целесообразна регистрация показателей вегетативных функций в режиме реального времени и использование спектрального анализа, позволяющего выявить степень участия в регуляции сердечного ритма церебральных эрготропных структур (VLF-компонент). При этом следует принципиально учитывать зависимость полученных результатов исследования срочных адаптивных реакций организма от типа ментальной нагрузки (ситуации моделирования и экзамена).

В ситуации модели ментальной нагрузки В.А. Машиным выраженная активность надсегментарного уровня регуляции вариабельности ритма сердца (VLF-компонент) отмечена на фоне высокого вегетативного тонуса (высокие значения SDNN), что, по мнению автора, характеризует состояние эмоционального возбуждения, указывающего на мобилизацию, заинтересованность обследуемых к процессу и содержанию нагрузки. В ситуации же экзамена при высокой активности надсегментарного уровня регуляции вариабельности ритма сердца вегетативный тонус значительно снижен, что определяет состояние психического напряжения, признаками которого являются высокий уровень готовности, включенности в проблемную ситуацию. В последние годы предложена концепция «вагусного тона», объясняющая связь индивидуальных различий в поведенческой реактивности, лицевой экспрессии, устойчивости внимания и регуляции эмоций с особенностями парасимпатической регуляции сердечного ритма [21]. Считается, что дети и взрослые с высоким вагусным тоном обладают соответствующим уровнем вегетативных и поведенческих реакций на внешнюю стимуляцию. У них отмечается эффективная саморегуляция ФС, большая устойчивость внимания. Указанные особенности нейровегетативной регуляции РС при различных вариантах функциональных состояний (покой, различные виды ког- нитивной деятельности), в целом, к настоящему времени мало изучены.

Целью работы является изучение возрастнополовых особенностей динамики спектральных характеристик ритма сердца учащихся как маркера индивидуальной и групповой адаптации к школьному фактору.

Исследования проведены на базе МОУ СОШ № 67 г. Челябинска и в научной лаборатории факультета физической культуры и спорта ЮжноУральского государственного университета (20122013 гг.). Обследованы учащиеся 6-х классов в возрасте 12-13 лет (мальчики (n = 21) и девочки (n = 22)). Оценка нейровегетативной регуляции ритма сердца (РС) проведена методом импедансной реографии при помощи сертифицированной компьютерной технологии «Кентавр» фирмы «Микролюкс» (г. Челябинск) со спектральным анализом в четырех диапазонах спектра. Мощность спектральной плотности анализировалась как функция частоты, показателем вариабельности служит среднеквадратическое отклонение продолжительности R-R-интервалов (запись велась на протяжении 500 кардиоциклов). Анализ проведен в четырех диапазонах спектра:

• 1)    ультранизкочастотный диапазон (УНЧ);

• 2)    очень низкочастотный диапазон (ОНЧ);

• 3)    низкочастотный диапазон (НЧ);

• 4)    высокочастотный диапазон (ВЧ).

Изучены показатели в состоянии относитель ного покоя, при проведении пробы активного ортостаза (АОП) и после проведения пробы с умственной нагрузкой (УН) (в положении сидя).

Исследование является продолжением мониторинга психофизиологического и физиологического развития учащихся с различным уровнем физических и умственных нагрузок [10-12, 14].

В табл. 1 и 2 представлены результаты спектрального анализа ритма сердца учащихся.

Исходные величины ОМС у девочек и мальчиков достоверных различий не имели (у девочек она несколько выше, чем у мальчиков - на 15 %). По сравнению с предыдущим возрастным периодом вариабельность показателя РС, представленная общей мощностью спектра, существенно не изменилась, имея тенденцию к увеличению у девочек.

Далее нами была изучена значимость различных уровней нейровегетативной регуляции ритма сердца. У лиц обоего пола превалировала НЧ-составляющая ОМС, но у девочек значимость НЧ-компоненты была достоверно выше, чем относительная мощность ВЧ- и ОНЧ-колебаний. У мальчиков хронотропная функция являлась результирующей влияния надсегментарных структур (ОНЧ, %), симпатического (НЧ, %) и парасимпатического отделов (ВЧ, %) вегетативной (автономной) нервной системы (ВНС); помимо этого, относительная доля НЧ-колебаний у девочек превышала ее величину у мальчиков на 18 %. Можно полагать, что

Таблица 1

Показатели общей и относительной мощности колебаний ритма сердца девочек (M ± m)

Показатель	Покой	Ортопроба	Умств. нагр.
ОМС	6056,79 ± 421,75	4930,54 ± 402,19	6301,58 ± 482,13
УНЧ, %	8,61 ± 1,67	15,01 ± 2,09***	8,83 ± 1,89
ОНЧ, %	25,78 ± 3,74	39,53 ± 2,92**	32,72 ± 3,73
НЧ, %	38,69 ± 3,18	41,08 ± 3,82	44,83 ± 4,65
ВЧ, %	26,92 ± 3,67	4,38 ± 0,52***	13,62 ± 1,55ххх
НЧ/ВЧ, усл. ед.	1,43 ± 0,15	9,98 ± 0,37***	3,29 ± 0,30ххх
ИЦ, усл. ед.	2,54 ± 0,29	1,15 ± 0,17***	1,78 ± 0,21х

Примечания: ** - достоверность различий между показателями 1-й и 2-й пробы при р < 0,01, *** -при р < 0,001; х - достоверность различий между показателями 1-й и 3-й пробы при р < 0,05, ххх - при р < 0,001.

Таблица 2

Показатели общей и относительной мощности колебаний ритма сердца мальчиков (M ± m)

Показатель	Покой	Ортопроба	Умств. нагр.
ОМС	5133,93 ± 406,98	4335,58 ± 355,51	6765,58 ± 439,54
УНЧ, %	12,25 ± 2,09	14,47 ± 2,24	12,47 ± 2,60
ОНЧ, %	30,68 ± 3,21	36,00 ± 3,54	29,17 ± 3,03
НЧ, %	31,81 ± 2,64	44,94 ± 4,89*	39,05 ± 3,18
ВЧ, %	25,26 ± 3,62	4,59 ± 0,60***	19,31 ± 1,96
НЧ/ВЧ, усл. ед.	1,26 ± 0,17	9,79 ± 0,41***	2,02 ± 0,17хх
ИЦ, усл. ед.	1,86 ± 0,20	1,37 ± 0,16	2,00 ± 0,22

Примечания: * - достоверность различий между показателями 1-й и 2-й пробы при р < 0,05, *** - при р < 0,001;хх - достоверность различий между показателями 1-й и 3-й пробы при р < 0,01.

этот факт является отражением более раннего начала полового созревания у девочек и активизации симпато-адреналовой системы. Изменения на ЭЭГ у 12-летних девушек с наличием подкорковых диэнцефальных знаков отмечают Д.А. Фарбер с соавт. [15], увязывая их с возрастными эндокринными сдвигами.

Индивидуальный анализ активности уровней регуляции показал, что ОНЧ-компонента являлась доминирующей у 23 % девочек и у 33 % мальчиков; НЧ, % - у 54 % девочек и 43 % мальчиков и ВЧ, % - у 23 % и 24 % соответственно. Таким образом, в данном возрасте симпатикотонический исходный тонус является наиболее характерным для лиц обоего пола; почти четверть обследованных учащихся могут быть отнесены к «ваготоникам».

По сравнению с показателями учащихся 4-х классов у девочек снизилась доля УНЧ-колебаний (с 17 %) и ОНЧ (36,5 %) за счет возрастания активности симпатического отдела ВНС (был 25 %). У мальчиков 6-х классов мы отметили большую стабильность распределения ОМС по диапазонам спектра в сравнении с 10-летними учащимися.

Соотношение активности различных уровней регуляции оценивали с помощью индексов централизации (ИЦ = (НЧ + ВЧ) / ОНЧ) и вагосимпа-тического (НЧ/ВЧ). Вагосимпатический индекс не имел различий у мальчиков и девочек, а ИЦ был выше у девочек (на 26 %).

Ортопроба привела к росту значимости симпатического отдела ВНС - доля НЧ-колебаний превышала 40 % и была несколько выше, чем у мальчиков. Также отмечалось существенное повышение роли гуморально-метаболических факторов регуляции РС, судя по динамике УНЧ, % и ОНЧ, % у лиц обоего пола за счет резкого падения значимости ВЧ-составляющей ОМС. Соответственно, сама величина ОМС также снижалась в пределах 15-20 %. Резко возрастал вагосимпати-ческий индекс при снижении ИЦ.

Под влиянием умственной нагрузки отмечена тенденция к возрастанию ОМС. Наблюдалась различная динамика ОНЧ, %: у мальчиков отмечена тенденция к снижению, а у девочек рост составил 28 %, у них же отмечена и выраженная активность симпатического отдела ВНС (НЧ, % составила около 45 %, у мальчиков около 39 %). У девочек, таким образом, ответ на УН был более оптимальным: повышалась мощность колебаний ОНЧ-диа-пазона, отражая вовлечение центральных структур ЦНС в обеспечение результативности проводимого теста. В возрастном аспекте реакция на УН стала также благоприятнее, судя по динамике роста ОНЧ- и НЧ-составляющей РС: в группе 10-летних детей симпатикотония составляла 43,6 % у девочек и 46,1 % у мальчиков - это свидетельствовало об избыточной активации симпато-адреналовой системы как ответной адаптационной реакции на воздействие стресс-фактора. Умственная нагрузка, таким образом, вела к перераспределению значи- мости факторов регуляции, что подтверждалось и при анализе ИЦ и вагосимпатического индекса.

Заключение. Проведенное исследование показало, что адаптационные процессы у детей 12-13 лет имеют различия как по сравнению с предыдущим возрастным отрезком, так и в зависимости от пола. Более раннее начало полового созревания у девочек накладывает опечаток на особенности адаптации к школьному фактору (умственным нагрузкам). Наличие более высокого уровня активности симпатического отдела ВНС в регуляции РС (более 31 % у мальчиков и более 38 % у девочек) в покое по сравнению с 10-летними детьми является отражением возрастных перестроек, а более высокий уровень НЧ, % в покое и ОНЧ, % при УН у девочек по сравнению с мальчиками можно считать гендерной особенностью. По данным литературы, подобного рода особенности присущи лицам женского пола в зрелом возрасте, и это трактуется как сопряжение с влиянием гуморальных факторов; также ОНЧ-диапазон характеризует процессы межсистемной интеграции на уровне высших отделов головного мозга [3, 18-21]. Можно также полагать, что девочки-шестиклассницы могут более успешно справляться с умственными нагрузками.