Влияние экзаменационного эмоционального стресса на показатели системы внешнего дыхания студентов

ВЛИЯНИЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО ЭМОЦИОНАЛЬНОГО СТРЕССА НА ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ СТУДЕНТОВ

Д.А. Димитриев1, А.Д. Димитриев, Е.В. Сапёрова, Ю.Д. Карпенко ГОУ ВПО “Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева ", Чебоксары

Целью данного исследования явилось изучение влияния экзаменационного стресса на параметры функционирования системы внешнего дыхания у студентов. В исследовании приняло участие 219 студенток (средний возраст 19,92±0,11 лет). Исследование проводилось в межсессионный период и непосредственно перед экзаменом. В день экзамена, частота дыхания, минутный объем дыхания, объемная скорость выдоха, пиковая объемная скорость и индекс Тиффно были значительно выше, чем в межсессионный период. Показатели внешнего дыхания существенно зависели от оценки уровня ситуационной тревожности при стрессе. Таким образом, психологическое состояние способно существенно влиять на функцию внешнего дыхания.

Ключевые слова: спирометрия, психологический стресс, тревожность, симпатическая нервная система.

Influence of emotional stress at the examination on the system of external respiration in students. The aim of this paper was to study the influence of stress at the examination on the indices of external respiration system in students. The participants were 219 female students (average age 19,92±0,11 years old). The study was carried out between examination periods and directly before the examination. On the examination day the breathing frequency, respiratory minute volume, volumetric inhalation speed, peak speed and Index Tiffeneau were significantly higher than in between examination periods. The indices of external respiration substantially depended on the estimation of the level of situational anxiety in stress situations. Consequently the psychological state is able to strongly influence external respiration.

Key words: spirometry, psychological stress, anxiety, sympathetic nervous system

В современной физиологии имеется большой объем литературных данных, свидетельствующих о связи между эмоциональной сферой, индивидуальными свойствами психики и функциональным состоянием организма [7, 8, 14]. В последние годы появляются работы о влиянии некоторых психологических факторов, наряду с такими традиционными как курение, генетические факторы, особенности внутриутробного развития, болезни, перенесенные в детстве, действие поллютантов на механизмы функционирования системы внешнего дыхания [11,

25, 30]. Система внешнего дыхания является одной из ведущих и во многом определяющих адаптационные способности организма к большому числу разнообразных факторов среды. Ряд исследователей отмечает влияние положительных и отрицательных эмоций на степень проявления заболеваний дыхательной системы [20, 21, 29, 31, 36]. В работе R.D. Goodwin и соавторов (2007) [13] показано, что в группе индивидуумов с заболеваниями дыхательной системы, обструктивные нарушения функций легких связаны с низким уровнем социального благополучия, а

Контакты:1 Димитриев Д.А. - E-mail: kafedra-anatomii@mail.ru

рестриктивные - с низкими уровнями социального благополучия, здоровья, а также с самооценкой и эмоциональным состоянием. Выраженная связь эмоций с воспалительными процессами и хроническими заболеваниями легких, свидетельствует о возможном влиянии психологических особенностей на функционирование системы внешнего дыхания [36]. Изучение связи между эмоциями и показателями внешнего дыхания позволило обнаружить увеличение частоты дыхания в эмоционально-значимых ситуациях [23]. Показана связь враждебности, пессимизма и негативных эмоций с показателями, отражающими бронхиальную проводимость [10, 16, 17, 19, 20].

Важным показателем, отражающим эмоциональное состояние организма, является тревожность. Это связано с тем, что тревога возникает в ситуациях, связанных с оценочной деятельностью и в субъективно значимых ситуациях, таких как экзамен [12, 32]. Исходя из этого, учет связей между тревожностью и функциональным состоянием системы внешнего дыхания чрезвычайно важен для оценки адаптационных возможностей организма и прогнозирования его реакции на социальные нагрузки различного происхождения. Однако в литературе имеется небольшой объём сведений о влиянии тревожности на показатели системы внешнего дыхания [23, 27].

Одной из эмоционально значимых ситуаций, вызывающей выраженные вегетативные сдвиги является ситуация сдачи экзамена. Состояние студентов в период экзамена, несомненно, можно рассматривать как стресс. В литературе приведены данные об изменении показателей системы внешнего дыхания при действии хронических стрессогенных факторов [34], стрессоров реальной жизни [18], эмоциональном стрессе [29], посттравматическом стрессе [6], ментальном стрессе [15, 22] и при введении гормонов стресса [35], однако вопрос о функционировании системы внешнего дыхания в условиях экзаменационного стресса, является недостаточно изученным. В связи с этим, целью данной работы явилось изучение изменения показателей системы внешнего дыхания студентов при экзаменационном эмоциональном стрессе.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании приняло участие 120 здоровых студенток 3-5 курсов ГОУ ВПО «ЧГПУ им. И.Я. Яковлева» в возрасте 17-24 года (средний возраст 19,92±0,11 лет). Обследование проводилось дважды: в межсессионный период и непосредственно перед экзаменом по физиологии человека.

Изучение функциональных параметров системы внешнего дыхания осуществлялось посредством микропроцессорного спирографа СМП-21/01-«Р-Д» (г. Ростов). Проводилась регистрация основных легочных объемов и исследование проходимости различных отделов трахеобронхиального дерева на основании скоростных и временных характеристик форсированного выдоха. Определялись частота дыхания (ЧД); минутный объем дыхания (МОД); жизненная емкость легких (ЖЕЛ); форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ); объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1); индекс Тиффно (ОФВ1/ЖЕЛ); пиковая объемная скорость (ПОС); проходимость бронхов мелкого (МОС75), среднего (МОС50) и крупного (МОС25) калибров [5], средняя объемная скорость на отрезке от 25% до 75% объема (СОС25-75), время достижения ПОС (ТПОС); время

форсированного выдоха (ТФЖЕЛ); должные значения ПОС (ДПОС), ОФВ1 (ДОФВ1), а также другие параметры спирометрии.

В межсессионный период и непосредственно перед экзаменом было проведено психологическое тестирование, которое включало в себя выявление уровня ситуационной тревожности (СТ) посредством теста Спилбергера [4, 33].

Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием статистического пакета профессиональной статистики «Statistica 7.0 for Windows» с применением критерия знаков (Z) и дисперсионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что ситуация ожидания экзамена приводит к значительным изменениям значений показателей внешнего дыхания.

Таблица 1

Характеристика средних значений гемодинамических показателейи параметров вариабельности сердечного ритма в межсессионный период и перед экзаменом

Показатели Среднее значение Доверительный интервал 95%

Межсессионный период 72,76±0,81 71,17-74,35

ЧСС Экзамен 82,66±0,91*** 80,87-84,46

ейт* Межсессионный период 0,837±0,009 0,818-0,857

Экзамен 0,736±0,009*** 0,719-0,753

MxDMn (с) Межсессионный период 0,340±0,013 0,314-0,366

Экзамен 0,305±0,013 0,280-0,331

AMo (%) Межсессионный период 39,68±1,13 37,44-41,92

Экзамен 46,54±1,13*** 44,30-48,78

ИН Межсессионный период 99,36±7,27 85,01-113,72

(усл. ед.) Экзамен 149,40±10,20*** 129,25-169,54

ИВР Межсессионный период 153,17±9,41 134,58-171,76

(усл.ед.) Экзамен 203,29±11,93* 179,74-226,84

ВПР Межсессионный период 4,39±0,18 4,01 -4,74

(усл.ед.) Экзамен 5,68±0,24*** 5,21-6,15

SDNN (с) Межсессионный период 0,057±0,002 0,054-0,061

Экзамен 0,048±0,001* 0,045-0,050

RMSSD (с) Межсессионный период 0,053±0,002 0,049-0,058

Экзамен 0,038±0,002*** 0,035-0,041

pNN50 (%) Межсессионный период 29,08±1,60 25,92-32,24

Экзамен 16,17±1,28*** 13,64-18,69

VLF (мс2) Межсессионный период 1774,37±95,66 1584,49-1963,25

Экзамен 1601,64±92,95 1417,79-1784,89

LF (мс2) Межсессионный период 1645,67±119,78 1408,96-1881,98

Экзамен 1388,80±96,08 1199,09-1578,52

HF (мс2) Межсессионный период 1061,98±86,35 891,47-1232,49

Экзамен 628,56±60,49*** 509,10-748,02

LF/HF Межсессионный период 2,18±0,12 1,94-2,42

Экзамен 3,36±0,16*** 3,04-3,67

рЬЕ (%) Межсессионный период 62,36±1,16 60,07-64,65

Экзамен 72,41±0,90*** 70,63-74,18

РШ (%) Межсессионный период 37,58±1,16 35,29-39,86

Экзамен 27,60±0,90*** 25,82-29,37

САД (мм.рт.ст) Межсессионный период 114,51±0,85 112,83-116,20

Экзамен 116,16±0,87 114,45-117,87

ДАД (мм.рт.ст) Межсессионный период 72,96±0,61 71,76-74,17

Экзамен 75,45±0,62** 74,26-76,70

Примечание. Достоверность различий между межсессионным периодом и экзаменом: * -р< 0,05, ** -р < 0,01, *** -р < 0,001

Данные, приведённые в табл. 1, свидетельствуют о том, что перед экзаменом происходит достоверное повышение значений ЧД (2=4,26; р=0,00002), которая, как известно, увеличивается во время эмоционально значимых ситуаций и при стрессе [14]. Многочисленные исследования свидетельствуют о значительной межиндивидуальной вариабельности функционирования системы внешнего дыхания при эмоциональном стрессе. К центральным структурам, вовлеченным в процесс повышения частоты дыхания в эмоционально значимых ситуациях могут относиться лимбическая система, особенно миндалина и височный полюс пара-лимбической области [27]. Показано, что стимуляция миндалины приводит к быстрому росту частоты дыхания при страхе и тревоге [24]. Это связано с тем, что нейроны миндалевидного комплекса имеют реципрокные связи с дыхательными центрами продолговатого мозга и моста [26, 37].

Следствием увеличения ЧД является повышение МОД (2=3,38; р=0,0007). Важнейшим критерием, характеризующим эффективность газотранспортной функции легких является бронхиальная проводимость [2]. Перед экзаменом произошло достоверное увеличение проводимости бронхов крупного МОС25 (2=3,74; р=0,0002), среднего МОС50 (2=3,20; р=0,0001) и мелкого МОС75 (2=2,83; р=0,005) диаметров. Значения показателя средней объемной скорости выдоха на уровне 25-75% от ФЖЕЛ (СОС25-75), в меньшей степени зависящей от произвольного усилия испытуемого и более объективно отражающего проходимость бронхов [1], также увеличились (2=2,65; р=0,008). Кроме того, произошло повышение значений других параметров, отражающих проводимость бронхов [3]: ПОС (2=3,93; р=0,00009), ОФВ1 (2=4,51; р=0,00001), ОФВ1/ЖЕЛ (2=2,83; р=0,005) и снижение значений временных показателей функционирования системы внешнего дыхания: ТПОС (2=2,77; р=0,006) и ТФЖЕЛ (2=4,40; р=0,00001). Полученные данные свидетельствуют об увеличении степени бронхиальной проводимости при психоэмоциональном стрессе, что согласуется с литературными сведениями о том, что в легких активность симпатического отдела вегетативной нервной системы способствует расширению бронхов посредством влияния на гладкомышечные клетки кровеносных сосудов и на железы, выделяющие слизь

[9, 21].

СразЛ/инУБаллы

35

30

25

20

кдафдаа

ЧД ЧД

Среднее ^3 Среднее±т Г Среднее±1,96*т

Рис. 1 Динамика изменения частоты дыхания и уровня ситуационной тревожности в межсессионный период и перед экзаменом

Данные рисунка 1 свидетельствуют в пользу гипотезы о связи между эмоциональной сферой и системой регуляции дыхания. В ходе ожидания экзамена происходило согласованное изменение состояния системы внешнего дыхания при стрессе и уровня ситуационной тревожности (с 24,19±0,80 баллов в межсессионный период до 41,46±0,97 балла перед экзаменом (2=9,25; р<0,00001)).

3,8 3,6

3,4

3,2 © 3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

Рис. 2 Значения ОФВ1 у студентов с разным уровнем ситуационной тревожности перед экзаменом

Как следует из данных, приведённых на рисунке 2, уровень ОФВ1 существенно варьирует в зависимости от степени ситуационной тревожности в условиях

ожидания экзамена. Студенты с низким уровнем ситуационной тревожности по сравнению со студентами с высоким уровнем тревожности имели более низкие значения ОФВ1 (соответственно: 2,81±0,25 и 3,39±0,11; Б=5,87; р=0,02), ОФВ1-ДОФВ1 (%) (соответственно: 90,62±8,22 и 107,80±3,05; Б=5,97; р=0,019) и ТПОС (соответственно: 0,343±0,101 и 0,176±0,030; Б=4,56; р=0,039). Перед экзаменом студенты с умеренной ситуационной тревожностью по сравнению со студентами с высоким уровнем тревожности имели более низкие значения показателя ПОС-ДПОС (%) (соответственно: 95,19±2,88 и 105,10±3,95; Б=4,04; р=0,047). Эти результаты соответствуют данным о том, что уровень индивидуальной тревожности может оказывать существенное влияние на частоту дыхания и другие параметры системы внешнего дыхания [14, 22].

Таким образом, полученные нами данные свидетельствуют о том, что экзаменационный эмоциональный стресс сопровождается выраженными изменениями показателей внешнего дыхания. Эти результаты согласуются с данными других исследователей. Так, Ь.Б Шшт^оп и соавторы (2001) [28] указывают на то, что увеличение тревожности и депрессии сопровождается увеличением значений показателей ОФВ1 и ПОС. Об увеличении ЧД и уменьшением времени выдоха при увеличении тревожности свидетельствуют также результаты исследований У. МаБаока и соавторов (1999) [23]. Повышение ситуационной тревожности при экзаменационном стрессе сопровождается увеличением частоты дыхательных движений и увеличением бронхиальной проводимости, что может быть обусловлено активацией лимбической системы [27], изменениями функционирования стволовых пейсмекеров дыхательной системы [37], повышением тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы [9, 21]. Изменения функциональных показателей внешнего дыхания могут служить индикаторами выраженности функциональных изменений в организме при стрессе реальной жизни.

ВЫВОДЫ

1. Экзаменационный эмоциональный стресс сопровождается увеличением частоты дыхательных движений и увеличением значений показателей, отражающих бронхиальную проводимость.

2. Изменения функциональных показателей внешнего дыхания могут служить индикаторами выраженности функциональных изменений в организме при стрессе реальной жизни.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аристов А.А. Технические методы диагностических исследований. -Томск: ТПУ, 2009. - 148 с.

2. Рябцев С.М. Исследование влияния занятий рафтингом и парасейлингом на организм рекреантов в условиях горноклиматического курорта Сочи. // Фундаментальные исследования. - 2007. - № 4. - С. 85-87.

3. Турин О.И. Организация работы по исследованию функционального состояния легких методами спирографии и пневмотахографии, и применение этих методов в клинической практике. - Минск, 2002. - 56 с.

4. Ханин Ю.Л. Личностные и социально-психологические опросники в прикладных исследованиях: проблемы и перспективы. - М.: Медицина, 1985. - 172 с.

5. Belyaeva Z.D., Osovets S.V., Scott B.R., Zhuntova G.V., Grigoryeva E.S. Modeling of respiratory system dysfunction among nuclear workers: a preliminary study. // Dose Response. - 2008. - V. 6, № 4. - P. 319-332.

6. Blechert J., Michael T., Grossman P., Lajtman M., Wilhelm F.H. Autonomic and Respiratory Characteristics of Posttraumatic Stress Disorder and Panic Disorder. // Psychosomatic Medicine. - 2007. - V. 69. - Р. 935-943.

7. Bloch S., Lemeignan M., Aguilera N. Specific respiratory patterns distinguish among human basic emotions. // Int. J. Psychophysiol. - 1991. - V. 11. - № 2. - Р. 141154.

8. Boiten F.A., Frijda N.H., Wientjes C.J. Emotions and respiratory patterns: review and critical analysis. // Int. J. Psychophysiol. - 1994. - V. 17. - Р. 103-128.

9. Chen E., Miller G.E. Stress and inflammation in exacerbations of asthma. // Brain Behav. Immun. - 2007. - V. 21, № 8. - Р. 993-999.

10. Crockett A., Cranston J., Moss J. The impact of anxiety, depression, and living alone in chronic obstructive pulmonary disease. // Qual. Life. Res. - 2002. - V. 11. - Р. 309-316.

11. Davis M. The role of the amigdala in fear and anxiety. // Ann. Rev. Neurosci. -1992. -V. 15. - Р. 353-375.

12. Gevorkian E., Daian A.V., Adamian T.I. The influence of examination stress on psychophysiological characteristics and heart rate in students. // Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. Im. I.P. Pavlova. - 2003. - V. 53, № 1. - P. 46-50.

13. Goodwin R.D., Chuang S., Simuro N., Davies M., Pine D.S. Association between Lung Function and Mental Health Problems among Adults in the United States: Findings from the First National Health and Nutrition Examination Survey. // American Journal of Epidemiology. - 2007. - V. 165, №. 4. - Р. 383-388.

14. Homma I., Masaoka Y. Breathing rhythms and emotions. // Exp. Physiol. -2008. - V. 93, № 9. - Р. 1011-1021.

15. Houtveen J.H., Rietveld S., De Geus J.C. Contribution of tonic vagal modulation of heart rate, central respiratory drive, respiratory depth, and respiratory frequency to respiratory sinus arrhythmia during mental stress and physical exercise. // Psychophysiology. - 2002. -V. 39. - Р. 427-436.

16. Jackson B., Kubzansky L.D., Cohen S. Does harboring hostility hurt? Associations between hostility and pulmonary functioning in the CARDIA study. // Health Psychol. - 2007. - V. 26, № 3. - Р. 333-340.

17. Katon W.J., Richardson L., Lozano P. The relationship of asthma and anxiety disorders. // Psychosom. Med. - 2004. - V.66. - Р. 349-355.

18. Klonoff E.A., Kleinhenz M.E. Psychological factors in sarcoidosis: the relationship between life stress and pulmonary function. // Sarcoidosis. - 1993. - V. 10, №

2. - Р. 118-124.

19. Kullowatz A., Rosenfield D., Dahme B. Stress effects on lung function in asthma are mediated by changes in airway inflammation. // Psychosom. Med. - 2008. -V. 70, № 4. - Р. 468-475.

20. Kubzansky L.D., Sparrow D., Jackson B. Angry breathing: a prospective study of hostility and lung function in the Normative Aging Study. // Thorax. - 2006. - V. 61. - P. 863-868.

21. Marshall G.D., Agarwal S.K. Stress, immune regulations, and immunity: applications for asthma. // Allergy Asthma Proc. - 2000. -V.21. - Р. 241-246.

22. Masaoka Y., Homma I. Anxiety and respiratory patterns: their relationship during mental stress and physical load. // Int. J. Psychophysiol. - 1997. - V. 27, № 2. - Р. 153-159.

23. Masaoka Y., Homma I. Expiratory time determined by individual anxiety levels in humans. // J. Appl. Physiol. - 1999. - V. 86. - Р. 1329-1336.

24. Masaoka Y., Homma I. The effect of anticipatory anxiety on breathing and metabolism in humans. // Respir. Physiol. - 2001. - V. 128, № 2. - Р. 171-177.

25. Niaura R., Todaro J.F., Stroud L. Hostility, the metabolic syndrome, and incident coronary heart disease. // Health Psychol. - 2002. - № 21. - Р. 588-593.

26. Onimaru H., Homma I. Spontaneous oscillatory burst activity in the piriform-amygdala region and its relation to in vitro respiratory activity in newborn rats. // Neu-rosci. - 2007. - № 144. - Р. 387-394.

27. Reiman E.M., Fusselman M.J., Fox P.T., Raichle M.E. Neuroanatomical correlates of anticipatory anxiety. // Science. - 1989. - № 243. - Р. 1071-1074.

28. Rimington L.D., Davies D.H., Lowe D., Pearson M.G. Relationship between anxiety, depression, and morbidity in adult asthma patients. // Thorax. - 2001. - V. 56, №. 4. - Р. 266-271.

29. Ritz T., Steptoe A., DeWilde S., Costa M. Emotions and stress increase respiratory resistance in asthma. // Psychosom. Med. - 2000. - V. 62, № 3. - Р. 401-412.

30. Rozanski A., Blumenthal J.A., Davidson K.W. The epidemiology, pathophysiology, and management of psychosocial risk factors in cardiac practice: the emerging field of behavioral cardiology. // J. Am. Coll. Cardiol. - 2005. -V.45. - Р. 637-S51.Schmaling K.B., McKnight P.E., Afari N. A prospective study of the relationship of mood and stress to pulmonary function among patients with asthma. // J. Asthma. - 2002. - V. 39, № 6. - Р. 501-510.

32. Spangler, G. Psychological and physiological responses during an exam and their relation to personality characteristics. // Psychoneuroendocrinology. - 1997. - V.

22. - № 6. - P. 423-441.

33. Spielberger C.D., Ritterband L.M., Sydeman S.J. Assesment of emotional states and personality traits: measurement psychological vital sings. // Clinical Personality Assesment. - 1995. - P. 42-58.

34. Suglia S.F., Ryan L., Laden F. Violence exposure, a chronic psychosocial stressor, and childhood lung function. // Psychosom. Med. - 2008. - V. 70, № 2. - Р. 160-169.

35. Weissman C., Askanazi J., Forse R.A. The metabolic and ventilatory response to the infusion of stress hormones. // Ann. Surg. - 1986. - V. 203, № 4. - Р. 408-412.

36. Wright R.J., Rodriguez M., Cohen S. Review of psychosocial stress and asthma : an integrated biopsychosocial approach. // Thorax. - 1998. - Vol. 53. - P. 1066-1074.

37. Yasui Y., Tsumori T., Oka T., Yokota S Amygdaloid axon terminals are in contact with trigeminal premotor neurons in the parvicellular reticular formation of the rat medulla oblongata. // Brain Res. - 2004. - № 1016. - Р. 129-134.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ (грант № 2.2.3.3/2028).