Взаимосвязь показателей вариабельности сердечного ритма с психофизиологическими характеристиками подростков

Немолочная Нина Владимировна; Варич Лидия Александровна; Мурышкина Елена Вадимовна; Саваль Лилия Александровна; Nemolochnaya N.V.; Varich L.A.; Muryshkina E.V.; Saval L.A.

doi:10.14529/jpps230112

Научные статьи \ Философия. Психология

Взаимосвязь показателей вариабельности сердечного ритма с психофизиологическими характеристиками подростков

Автор: Немолочная Нина Владимировна, Варич Лидия Александровна, Мурышкина Елена Вадимовна, Саваль Лилия Александровна

Журнал: Психология. Психофизиология @jpps-susu

Рубрика: Психофизиология

Статья в выпуске: 1 т.16, 2023 года.

Бесплатный доступ

Обоснование. Формирование психофизиологических характеристик индивидуума, проявляющихся в силе, скорости и устойчивости реакций, в темпе и ритме психических процессов, в значительной мере определяется генотипически во взаимодействии с окружающей средой. Влияние экзогенных факторов может оказывать корректирующий эффект. Цель: выявить особенности взаимосвязи показателей вариабельности сердечного ритма с психофизиологическими характеристиками подростков, обучающихся в образовательном учреждении интернатного типа. Материалы и методы. Проведена комплексная психофизиологическая диагностика 256 обучающихся в возрасте 14-16 лет, включающая оценку показателей вариабельности сердечного ритма, нейродинамических и психодинамических характеристик. С помощью пакета прикладных программ Statistica v. 10.0 проведен корреляционный анализ исследуемых показателей. Результаты. Показано, что в зависимости от возраста и пола подростки демонстрируют отличительные особенности в формировании взаимосвязей между показателями вариабельности сердечного ритма и психофизиологическими характеристиками: у мальчиков-подростков преобладание парасимпатической регуляции вегетативной нервной системы положительно влияет на работоспособность головного мозга и память, но сопровождается снижением уровня функциональной подвижности нервных процессов; преобладание симпатических влияний на сердечный ритм у девочек-подростков выражается в увеличении функциональной подвижности нервных процессов и показателей кратковременной памяти. Заключение. В пубертатный период онтогенеза функциональная система адаптации подростков обоего пола отличается увеличением количества связей между показателями вегетативной регуляции, нейродинамическими и когнитивными характеристиками, указывающим на напряжение на внутрисистемном уровне.

Еще

Подростки, показатели вариабельности сердечного ритма, тип вегетативной регуляции, нейродинамические и психодинамические характеристики, адаптация, лицей-интернат

Короткий адрес: https://sciup.org/147240400

IDR: 147240400 | УДК: 159:612.821:371.7 | DOI: 10.14529/jpps230112

Study of the correlation between heart rate variability and the psychophysiological characteristics of adolescents

Introduction. The psychophysiological characteristics of a person, including the strength, speed, and stability of response, as well as the rate and frequency of mental processes, are mostly determined genotypically in their association with external factors, which can provide corrective effects. Aim. The paper aims at identifying correlations between HRV parameters and psychophysiological characteristics in adolescents from a boarding school. Materials and methods. A comprehensive psychophysiological diagnostics involved 256 students from 14 to 16 years of age and consisted of the assessment of HRV parameters as well as neurodynamic and psychodynamic characteristics. The data obtained was processed with the Statistica v.10.0 software. Results. The data obtained shows age- and sex-dependent features of correlations between HRV parameters and psychophysiological characteristics in adolescents. In male students, a predominance of the parasympathetic nervous system contributes to cerebral performance but is accompanied by a decrease in the functional mobility of nervous processes. In female students, a predominance of the sympathetic nervous system contributes to the functional mobility of nervous processes and short-term memory. Conclusion. During puberty, the functional system of adaptation in adolescents is characterized by an increased number of correlations between autonomic parameters and neurodynamic and cognitive characteristics, indicating intra-system stress.

Еще

Текст научной статьи Взаимосвязь показателей вариабельности сердечного ритма с психофизиологическими характеристиками подростков

Общеизвестно, что формирование психофизиологических характеристик индивидуума, проявляющихся в силе, скорости и устойчивости реакций, в темпе и ритме психических процессов, в значительной мере определяется генотипически, взаимодействием с окружающей средой, влияние которой может оказывать корректирующий эффект [1, 2].

В этой связи подростковый возраст представляет особый интерес, так как развивающийся организм отличается от взрослого целым рядом функциональных и адаптационных возможностей, которые могут быть связаны с различными гормональными перестройками, возникающими с наступлением подросткового периода, и с незрелостью нейрогумораль-ной регуляции процессов адаптации [3, 4]. Несмотря на то, что по данному вопросу было проведено множество исследований, до сих пор причины и механизмы, определяющие специфику физиологических и психологических перестроек данного этапа взросления, недостаточно определены.

Обзор литературы

Адаптация к любому процессу, в том числе к обучению, сопровождается изменениями в функционировании организма. Процессы адаптации определяются индивидуальными особенностями организма, к числу которых относятся свойства нервной системы и активность регуляторных механизмов вегетативных функций.

Основными свойствами нервной системы принято считать силу, стабильность и подвижность-инертность нервных процессов [7]. Силой нервных процессов называют работоспособность нервных клеток или способность выдерживать длительное напряжение, не переходя в состояние охранительного торможения. Уравновешенность нервных процессов – это соотношение между силой процессов возбуждения и торможения, их сбалансированность или преобладание одного процесса над другим. Подвижностью нервных процессов является скорость смены процессов возбуждения торможением и наоборот [8, 9].

Регуляция работы внутренних органов и систем органов происходит с помощью вегетативной нервной системы. По современным представлениям вегетативная нервная система – это комплекс центральных и периферических клеточных структур, регулирующих необходимый для адекватной реакции всех систем функциональный уровень организма [10, 11]. Высший уровень вегетативной нервной системы представлен гипоталамусом, в котором находятся ядра как симпатического, так и парасимпатического отделов. Гипоталамус является интегративным центром регуляции функционирования организма, реагирующим на изменения условий необходимыми изменениями параметров жизнедеятельности [12, 13].

Сердце обладает автономной внутрисердечной нервной регуляцией, которая обеспечивает его автоматизм. Эта собственная система регуляции представлена метасимпатиче- ской нервной системой, расположенной в интрамуральных ганглиях сердца. Однако, несмотря на имеющийся автоматизм, работа сердца регулируется также центральной нервной системой, а волокна собственных мета-симпатических нейронов непосредственно связаны с нейронами симпатической и парасимпатической нервной системы [14, 15]. Сердечный ритм отражает соотношение тонуса парасимпатической и симпатической вегетативной нервной системы, способен изменяться под воздействием среды [16].

По преобладающему типу вегетативных регуляций общепринято деление на: эйтони-ческий, симпатотонический и ваготонический типы. Для эйтонического типа характерно состояние равновесия симпатической и парасимпатической частей вегетативной нервной системы [17]. Симпатотонический тип отличается преобладанием симпатической вегетативной нервной системы. Ваготоническому типу присуще выраженное вагусное влияние на сердечный ритм [18, 19].

Н.И. Шлык и другими авторами показано, что преобладание определенного типа регуляции может изменяться в зависимости от возраста, пола, физической активности, объема стресса. Изменение типа вегетативной регуляции с возрастом основано на процессах саморегуляции и самосохранения [18, 20].

Такая сложная система регуляции сердечной деятельности обеспечивает ее надежность и функциональное совершенство, способность адаптироваться под условия окружающей среды без срывов физиологических механизмов. В результате нарушения сердечного ритма могут свидетельствовать об изменениях, произошедших в каком-либо звене регуляторной системы [18, 21].

Подростковый возраст, в этой связи, являясь одним из самых сложных периодов онтогенеза, представляет особый интерес, так как именно в этом возрастном промежутке происходит ряд существенных физиологических и анатомических преобразований организма. Подростки претерпевают многочисленные изменения в себе и своей социальной среде на фоне биологического созревания, когнитивного развития, развития сексуальности и изменений в социальных отношениях [2, 22].

Цель настоящего исследования заключалась в изучении взаимосвязи показателей вариабельности сердечного ритма с нейродина-мическими и когнитивными характеристика- ми подростков, обучающихся в лицей-интернате.

Материалы и методы

В исследовании участвовали 256 подростков в возрасте 14–16 лет, обучающиеся в ГБНОУ «Губернаторский многопрофильный лицей-интернат» г. Кемерово.

Согласно методике, разработанной Р.А. Галеевым, лежащей в основе автоматизированной кардиоритмологической программы ORTO-Expert, проводилась «оценка показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) в покое: частота пульса (ЧСС, уд./мин); мода (Мо, с) – наиболее часто встречающиеся значения кардиоинтервалов R-R; амплитуда моды (АМо, %) – выраженное в процентах число значений интервалов, соответствующих моде; вариационный размах (ΔХ, с) – разность между величиной наибольшего и наименьшего кардиоинтервалов; среднее квадратическое отклонение (SDNN, мс) – характеризует вагусную регуляцию; среднеквадратичное различие между длительностью соседних R-R интервалов (RMSSD, мс) – мера ВСР с малой продолжительностью циклов; индекс напряжения регуляторных систем (ИН, усл. ед.)» [18, 23].

Для исследования нейродинамических показателей подростков были использованы методики, которые легли в основу создания В.И. Ивановым автоматизированного психофизиологического комплекса PFK, позволяющие оценить скорость простой зрительномоторной реакции (ПЗМР, мс), функциональную подвижность нервных процессов (УФП НП, с), работоспособность головного мозга (РГМ, кол-во сигналов), уравновешенность нервных процессов по реакции на движущийся объект (РДО). Проводилось изучение объема внимания и кратковременной памяти на числа и слова [5].

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета прикладных программ Statistica. Вычислялись коэффициенты корреляции [24].

Результаты и обсуждение

Для выявления особенностей психофизиологического статуса подростков, обучающихся в лицей-интернате, был проведен корреляционный анализ между показателями вариабельности сердечного ритма, нейродина-мическими и когнитивными характеристика- ми, который показал, что у мальчиков-подростков в 14 лет наблюдаются прямые зависимости между показателями Mo, ΔХ и РГМ и показателями ИН, ЧСС и УФП НП (см. таблицу), свидетельствующие о том, что подростки мужского пола с преобладанием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции сердечного ритма характеризуются высокими показателями силы и функциональной подвижности нервных процессов. Это соотносится со средними значениями данных показателей. Так, например, показатель работоспособности головного мозга у мальчиков-«ваготоников» выше (587,5 ± 15,7 сигнала), чем у «симпато-тоников» (502,2 ± 20,7 сигнала).

Положительная зависимость у девочек-подростков в 14 лет наблюдается между показателями АMo, ИН и кратковременной зрительной памятью на слова (см. таблицу). Индекс напряжения характеризует степень централизации управления ритмом сердца и увеличивается с усилением тонуса симпатической нервной системы. Данный результат свидетельствует об улучшении зрительной памяти при усилении симпатической активности в регуляции сердечного ритма. При рассмотрении средних значений показателей словесной памяти видно, что у девочек-«симпатотоников» память на слова лучше (7,5 ± 0,3 балла), чем у «ваготоников» (6,8 ± 0,37 балла) и «эйтоников» (7,06 ± 0,37 балла).

В 15 лет у подростков мужского пола наблюдаются отрицательные зависимости меж- ду показателями SDNN, VLF и РГМ, показателями АMo и УФП НП, показателями АMo, ИН, ЧСС и СЗМР, показателями ∆Х, LF и ПЗМР (см. таблицу). Исходя из этого, можно сказать, что у мальчиков под влиянием симпатического отдела ВНС улучшаются такие показатели, как работоспособность головного мозга, скорость реагирования нервной системы на раздражители и функциональная подвижность нервных процессов. Как известно, мальчики менее устойчивы к стрессу, под которым можно рассматривать учебные нагрузки в период подготовки к сдаче основного государственного экзамена, поэтому в предэкзаменационный период у них наблюдается подавление парасимпатических влияний на деятельность сердечно-сосудистой системы и смещение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатической активности [20, 25].

У девочек-подростков в 15 лет отмечаются отрицательные зависимости между показателями ∆Х, Mo, RMSSD и ПЗМР и показателями АMo, ЧСС и СЗМР (см. таблицу), что указывает на повышение скорости дифференцированного реагирования при смещении вегетативного баланса в сторону парасимпатической активности.

У 16-летних мальчиков наблюдаются положительные взаимосвязи показателей Mo, SDNN, ΔХ, RMSSD и РГМ, и показателей Mo, SDNN, ΔХ и кратковременной зрительной памятью (на слова). Данные показатели иллюстрируют влияние парасимпатического отдела ВНС у представителей мужского пола

Таблица

Table

Корреляционный анализ показателей ВСР и психофизиологических характеристик подростков с учетом возраста и пола

Correlation analysis of heart rate variability and psychophysiological characteristics of adolescents with regard to age and sex

Показатель Parameter	Пол Sex	ПЗМР / LPSVMR	СЗМР / LPCVMR	УФП НП / NP FM	РГМ / BW	Память на слова / Memory for words
14 лет / 14 years
Mо в покое / Mо at rest	м /m			–0,89	0,95
Mо в покое / Mо at rest	д / f
AMо в покое / AMо at rest	м /m
AMо в покое / AMо at rest	д / f					0,78
∆X в покое / ∆X at rest	м /m				0,88
∆X в покое / ∆X at rest	д / f					–0,76
SDNN в покое / SDNN at rest	м /m
SDNN в покое / SDNN at rest	д / f					–0,77
ИН в покое / SI at rest	м /m			0,9
ИН в покое / SI at rest	д / f					0,68
ЧСС в покое / HR at rest	м /m			0,96	–0,89
ЧСС в покое / HR at rest	д / f

Окончание таблицы

Table (end)

Показатель Parameter	Пол Sex	ПЗМР / LPSVMR	СЗМР / LPCVMR	УФП НП / NP FM	РГМ / BW	Память на слова / Memory for words
15 лет / 15 years
Mо в покое / Mо at rest	м /m		0,86
Mо в покое / Mо at rest	д / f	–0,78
AMо в покое / AMо at rest	м /m		–0,83	–0,81	0,76
AMо в покое / AMо at rest	д / f		–0,68
∆X в покое / ∆X at rest	м /m	0,81
∆X в покое / ∆X at rest	д / f	–0,72
SDNN в покое / SDNN at rest	м /m				–0,76
SDNN в покое / SDNN at rest	д / f		0,79
RMSSD в покое / RMSSD at rest	м /m
RMSSD в покое / RMSSD at rest	д / f	–0,72	0,71
ИН в покое / SI at rest	м /m		–0,97
ИН в покое / SI at rest	д / f
ЧСС в покое / HR at rest	м /m		–0,84
ЧСС в покое / HR at rest	д / f	0,73	–0,71
VLF	м /m			0,91	–0,79
VLF	д / f
LF	м /m	0,76
LF	д / f
HF	м /m	0,76
HF	д / f
16 лет / 16 years
Mо в покое / Mо at rest	м /m				0,41	0,48
Mо в покое / Mо at rest	д / f	–0,43
AMо в покое / AMо at rest	м /m					–0,71
AMо в покое / AMо at rest	д / f
∆X в покое / ∆X at rest	м /m				0,61	0,5
∆X в покое / ∆X at rest	д / f	0,37
SDNN в покое / SDNN at rest	м /m				0,64	0,55
SDNN в покое / SDNN at rest	д / f
RMSSD в покое / RMSSD at rest	м /m
RMSSD в покое / RMSSD at rest	д / f	–0,38
RMSSD в покое / RMSSD at rest	м /m				0,51
RMSSD в покое / RMSSD at rest	д / f				–0,38
ЧСС в покое / HR at rest	м /m					–0,52
ЧСС в покое / HR at rest	д / f	0,48

Примечания: м – мальчики, д – девочки; указаны связи только со статистически значимым коэффициентом корреляции (r) p < 0,05.

Comments: m – males, e – females; relationships only with a statistically significant correlation coefficient (r) p < 0.05.

с высокими показателями силы нервной системы и зрительной памяти (см. таблицу).

В 16 лет у представительниц женского пола прослеживается отрицательная связь между показателями Mo, RMSSD и ПЗМР (см. таблицу). Это свидетельствует о том, что скорость реагирования нервной системы на раздражители ниже при доминировании симпатического отдела ВНС, а при преобладании парасимпатической регуляции становится выше. Данные согласуются со средними значениями показателя ПЗМР у «ваготони-ков» (282,0 ± 6,9 мс) и «симпатотоников» (321,8 ± 23,2 мс).

Заключение

Изучение взаимосвязи между показателями вариабельности сердечного ритма и психофизиологическими характеристиками подростков лицей-интерната позволило выявить отличительные особенности, обусловленные полом и возрастом:

– у мальчиков-подростков преобладание парасимпатической вегетативной нервной системы положительно влияет на работоспособность головного мозга и память, но сопровождается снижением уровня функциональной подвижности нервных процессов;

– у девочек-подростков усиление симпатических влияний на сердечный ритм выражается в увеличении функциональной подвижности нервных процессов и показателей кратковременной памяти;

– увеличение количества связей между изучаемыми показателями подростков обоего пола в 15 лет может свидетельствовать о напряжении в функциональной системе адаптации, вызванном предстоящей сдачей ОГЭ.

Список литературы Взаимосвязь показателей вариабельности сердечного ритма с психофизиологическими характеристиками подростков

Возрастно-половые и типологические особенности вегетативного, гормонального и иммунного статуса старших подростков / Л.А. Варич, Э.М. Казин, Н.В. Немолочная [и др.] // Физиология человека. 2020. Т. 46. № 5. С. 60–70. DOI: http://doi.org/10.31857/S013116462004013X.
Brown M.L. Integrative Approaches to Stress, Anxiety, and Resilience // Pediatric Annals. 2019. Vol. 48(6). Art. ID e226-e230. DOI: http://doi.org/10.3928/19382359-20190515-05.
Ермакова И.B., Адамовская О.Н., Сельверова Н.Б. Особенности физического развития, гормонального статуса, вегетативной нервной регуляции сердечного ритма и психоэмоционального состояния подростков на IV-V стадии пубертата // Новые исследования. 2017. № 1(50). С. 32–41.
School-based interventions to prevent anxiety and depression in children and young people: a systematic review and network meta-analysis / D.M. Caldwell, S.R. Davies, S.E. Hetrick [et al.] // Lancet Psychiatry. 2019. Vol. 6(12). P. 1011–1020. DOI: http://doi.org/10.1016/S2215-0366(19)30403-1.
Оценка психофизиологического потенциала в процессе адаптации к учебной деятельности / Н.А. Литвинова, В.И. Иванов, М.Г. Березина, В.В. Глебов // Психология. Психофизиология. 2021. Т. 14. № 2. С. 108–122. DOI: http://doi.org/10.14529/jpps210211.
Cabral M.D., Patel D.R. Risk factors and prevention strategies for anxiety disorders in childhood and adolescence // Advances in Experimental Medicine and Biology. 2020. Vol. 1191. Р. 543–559. DOI: http://doi.org/10.1007/978-981-32-9705-0_27.
Assis S.G., Avanci J.Q., Serpeloni F. Adolescence in public health – revisiting 25 years of publi-cations // Ciência and saúde coletiva. 2020. Vol. 25 (12). Р. 4831–4842. DOI: http://doi.org/ 10.1590/1413-812320202512.18322020.
Связь вегетативного тонуса девушек и юношей с их психологическим профилем личности / М.П. Морозова, А.М. Евсеев, А.В. Прохорова и др. // Физиология человека. 2020. Т. 46, № 5. С. 15–26. DOI: http://doi.org/10.31857/S0131164620050100.
Варич Л.А., Немолочная Н.В. Особенности психофизиологической адаптации подростков, обучающихся в условиях образовательного учреждения интернатного типа, с учетом типа вегетативной регуляции // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2020. Т. 56, № 7. С. 548. DOI: http://doi.org/10.31857/S0044452920071183.
Шевелева А.М. Возрастные и половые особенности вариабельности сердечного ритма у здоровых подростков // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2019. № 1(69). С. 125–127. DOI: http://doi.org/10.19163/1994-9480-2019-1(69)-125-127
Editorial: Heart Rate Variability and Other Autonomic Markers in Children and Adolescents / G.E. Billman, J. Sacha, B. Werner [et al.] // Frontiers in Physiology. 2019. Vol. 10. Art ID 1265. DOI: http://doi.org/10.3389/fphys.2019.01265.
Типологическая вариабельность психофизиологических особенностей младших школьников как прогностическая основа для формирования успешности в спортивной и оздоровительной деятельности / В.В. Колпаков, Е.А. Томилова, Н.Ю. Стрижак [и др.] // Человек. Спорт. Медицина. 2019. Vol. 19(S2). P. 7–17. DOI: http://doi.org/10.14529/hsm19s201.
Kircanski K., Williams L.M., Gotlib I.H. Heart rate variability as a biomarker of anxious de-pression response to antidepressant medication // Depression and Anxiety. 2019. Vol. 36(1). P. 63–71. DOI: http://doi.org/10.1002/da.22843.
Баевский Р.М., Иванов Г.Г. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2001. № 3. С. 106–127.
Zhu J., Ji L., Liu C. Heart rate variability monitoring for emotion and disorders of emotion // Physiological Measurement. 2019. Vol. 40 (6). Art. ID 064004. DOI: http://doi.org/10.1088/1361-6579/ab1887.
Negative cognitive emotion regulation as a predictor of adolescent heart rate variability and en-tropy under social stress / A. Fiol-Veny, M. Balle, A. De la Torre-Luque [et al.] // Anxiety, Stress and Coping. 2019. Vol. 32. № 6. P. 641–653. DOI: http://doi.org/10.1080/10615806.2019.1641199
Adolescents' brain-autonomic coupling during emotion processing / D.G. Weissman, A.E. Guy-er, E. Ferrer et al. // Neuroimage. 2018. Vol. 183. P. 818–827. DOI: http://doi.org/10.1016/ j.neuroimage.2018.08.069
Шлык Н.И. Управление тренировочным процессом спортсменов с учетом индивидуальных характеристик вариабельности ритма сердца // Физиология человека. 2016. Т. 42, № 6. С. 81–91. DOI http://doi.org/10.7868/S0131164616060187
Age-Based prediction of maximal heart rate in children and adolescents: a systematic review and meta-analysis / Z.S. Cicone, C.J. Holmes, M.V. Fedewa [et al.] // Research Quarterly for Exercise and Sport. 2019. Vol. 90(3). P. 417–428. DOI: http://doi.org/10.1080/02701367.2019.1615605.
Бобков Г.С., Зверева М.В., Бобкова С.Н. Особенности регуляции сердечной деятельности у мальчиков-подростков в условиях дистанционного обучения // Современные вопросы биомедицины. 2021. Т. 5, № 4 (17). DOI: http://doi.org/10.51871/2588-0500_2021_05_04_14.
Лоскутова А.Н. Показатели вариабельности сердечного ритма и вегетативной реактивности у подростков-европеоидов, уроженцев Северо-Востока России // Здоровье населения и среда обитания. 2018. № 9. С. 28–32. DOI: http://doi.org/10.35627/2219-5238/2018-306-9-28-32
Стресс у детей и подростков – проблема сегодняшнего дня / И.Н. Захарова, И.Б. Ершова, Т.М. Творогова, Ю.Г. Глушко // Медицинский совет. 2021. № 1. С. 237–246. DOI: http://doi.org/10.21518/2079-701X-2021-1-237-246.
Галеев А. Р., Игишева Л. Н., Казин Э. М. Вариабельность сердечного ритма у здоровых детей в возрасте 6-16 лет // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Кара-зина. Серия «Медицина». 2002. № 3 (545). С. 35-40.
Kashdan E., Duncan D., Parnell A., Schattler H. Mathematical methods in systems biology // Mathematical Biosciences and Engineering. 2016. Vol. 13(6). DOI: http://doi.org/10.3934/mbe.201606i
Железовская Г.И., Недогреева Н.Г., Львицына А.А. Педагогические условия создания информационно-образовательной среды учебного заведения // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. № 2 (23). С. 93–96.

Еще