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

УДК 612.821

ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ УРОВНЕЙ НЕЙРОВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ШАХМАТНЫХ ЗАДАЧ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОГО ВРЕМЕНИ

Е.В. Быков, А.В. Рязанцев ЮУрГУ, г. Челябинск

Представлены изменения активности различных уровней нейровегетативной регуляции центрального и периферического звена системы кровообращения при действии умственной нагрузки в условиях ограниченного времени для решения шахматных задач.

Ключевые слова: нейровегетативная регуляция, система кровообращения, умственная нагрузка.

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

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) хронотроп-ная 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 уел. ед. (НЧ/ВЧ=0,81). Индекс централизации (ОНЧ+НЧ/ВЧ) составил 1,22 уел. 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 уел. 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 гемодина-мических 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

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 ино-тропной функции сердца, а также периферического отдела ССС).

Литература

1. Марченко, Т.К. Медико-биологические основы оздоровления часто болеющих детей: автореф. дис. ... д-ра мед. наук/ Т.К. Марченко. — М., 2003. -44 с.

2. Ямпольская, Ю.А. Физическое развитие школьников г. Москвы к началу XXI века / Ю.А. Ямпольская // Альманах «Новые исследования». - М.: Вердана, 2004. - № 1-2. - С. 441.

3. Уровень физической подготовленности школьников различного функционального класса физического здоровья / С. В. Хрущев, С.Д. Поляков, И. Т. Корнеева и др. // Материалы VI Всероссийского научного форума «РеаСпоМед200б». - М., 2006. - С. 160-161.

4. Безруких, М. М. Теоретические аспекты изучения физиологического развития ребенка / М.М. Безруких, Д.А. Фарбер // Физиология разви-

тия ребенка: теоретические и прикладные аспекты. — М.: Образование от А до Я, 2000. — С. 9-13.

5. Основные закономерности и типологические особенности роста и физического развития / В.Д. Сонькин, И.А. Корниенко, Р.В. Тамбовцева и др. // Физиология развития ребенка: теоретические и прикладные аспекты. - М.: Образование от А до Я, 2000. - С. 31-59.

6. Кормшицына, Н.К Сохранение умственной работоспособности младших школьников / Н.К. Кормилицына // Альманах «Новые исследования». -М.: Вердана, 2004. —№ 1—2. — С. 216.

7. Вейн, А.М. Классификация вегетативных нарушений / А. М. Вейн // Вегетативные расстройства: Клиника, лечение, диагностика. - М.: МИА, 2000. - С. 103-108.

8. Астахов, А.А. Физиологические основы биоимпедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр»): В 2-х т. /А.А. Астахов. - Челябинск, 1996. — Т.2.— 102 с.

9. Шлык, Н.И. Индивидуальные особенности механизмов регуляции сердечного ритма у человека (по данным вариабельности сердечного ритма) / Н.И. Шлык, Е.Н. Сапожникова // Новые направления в системе подготовки специалистов физической культуры и спорта и оздоровительной работе с населением: тезисы докл. междунар. науч.-

практ. конф. — Ижевск: Издательский дом «Удмуртскийуниверситет», 1999. - С. 270-271.

10. Дмитриев, Д.А. Изучение математических показателей кардиоциклов у детей младшего школьного возраста / Д.А. Дмитриев, И.В. Сорокина, М.Н. Ташкова. // Альманах «Новые исследования». -М.: Вердана, 2004. -№ 1-2. - С. 150.

11. Безобразова, В.Н. Влияние особенностей автономной нервной регуляции на функциональное состояние кровообращение головного мозга детей 7-8 лет / В.Н. Безобразова // Альманах «Новые исследования». - М., 2004. -№ 1-2. - С. 73-74.

12. Кириллова, Т.Г. Динамика статистических характеристик сердечного ритма у детей 6-8 лет в процессе обучения / Т.Г. Кириллова, Л.Ф. Трохимчук//Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2004. - Т. 90. -№ 8.- С. 408.

13. Лушпа, А.А. Влияние режима двигательной активности на вариабельность сердечного ритма у младших школьников с различным тонусом вегетативной нервной системы / А.А. Лушпа, Л.Г. Лушпа // Альманах «Новые исследования». — М.: Вердана, 2004. -№ 1-2. - С. 254-255.

14. Кузнецова, О.В. Особенности вегетативной регуляции респираторно-гемодинамической системы у детей 8-11 лет / О.В. Кузнецова // Альманах «Новые исследования». - М.: Вердана, 2004.-Из 1-2.- С. 232.