COMPARATIVE ANALYSIS OF SPECTRAL CHARACTERISTICS OF HEART RATE VARIABILITY DURING MENTAL ARITHMETIC STRESS AND CHEWING
Authors: Димитриев Д.А. , Галигрова С.Р. , Салимов Э.Р. 
Published: August 2024

Наиболее информативным методом изучения активности вегетативной нервной системы (ВНС) является спектральный анализ колебаний ритма сердца и электрической активности кожи. Цель данной работы – анализ спектральных свойств вариабельности сердечного ритма (ВРС) и электрической активности кожи (ЭАК). Исследование проходило в 3 этапа (покой, ментальный арифметический стресс, жевание), записывали электромиограмму (ЭМГ), электрокардиограмму (ЭКГ), ЭАК. После фильтрации и коррекции артефактов были вычислены: ЭМГ RMS, общая спектральная мощность ЭАК и ВСР, мощности колебаний в отдельных частотных диапазонах (VLF, LF, HF, VHF) и производные от них (EDASymp, LF/HF, нормализованные мощности, вклад каждого диапазона в общую мощность). Проверка гипотез проводилась с использованием критерия Уилкоксона. Жевание проявлялось в существенном повышении ЭМГ RMS и вызвало увеличение общей ЭАК, повышение как общей мощности ЭАК, так и амплитуды колебаний в отдельных диапазонах, значительный росту EDASymp. Аналогичная картина отмечалась при решении арифметических задач. Достоверных различий между этими двумя состояниями по ЭАК и спектру ЭАК не выявлено. Жевание и решение арифметических задач в уме вызвало существенное повышение частоты сердечных сокращений (ЧСС), что сопровождалось уменьшением общей спектральной мощности, снижением LF и, в больше степени, HF, сдвигом баланса LF/HF в симпатическую сторону. Нами не обнаружены специфичные для жевания и ментальной арифметики вегетативные паттерны. Проведенное нами исследование показало, что повышение жевание и вычисление в уме вызывают значительное повышение тонуса симпатической нервной системы и снижение влияния блуждающего нерва на синусовый узел.

The most informative method for studying the activity of the autonomic nervous system (ANS) is spectral analysis of heart rate fluctuations and electrical activity of the skin. The purpose of this work is to analyze the spectral properties of heart rate variability (HRV) and electrodermal activity (EDA). The study took place in 3 stages (rest, mental arithmetic stress, chewing), electromyogram (EMG), electrocardiogram (ECG), and EDA were recorded. After filtering and correction of artifacts, the following were calculated: EMG RMS, total spectral power of EDA and HRV, oscillation powers in individual frequency ranges (VLF, LF, HF, VHF) and their derivatives (EDASymp, LF/HF, normalized powers, contribution of each range into total power). Hypotheses were tested using the Wilcoxon test. Chewing manifested itself in a significant increase in EMG RMS and caused an increase in the total EDA, an increase in both the total power of the EDA and the amplitude of oscillations in certain ranges, and a significant increase in EDASymp. A similar picture was observed when solving arithmetic problems. There were no significant differences between these two conditions in EDA and the spectrum of EDA. Chewing and solving mental arithmetic problems caused a significant increase in heart rate (HR), which was accompanied by a decrease in total spectral power, a decrease in LF and, to a greater extent, HF, and a shift in the LF/HF balance to the sympathetic side. We did not find autonomic patterns specific to chewing and mental arithmetic. Our study showed that increased chewing and mental arithmetic caused a significant increase in the tone of the sympathetic nervous system and a decrease in the effect of the vagus nerve on the sinus node.