The statistical indicators of the physiological state of the circulatory system of female students were studied in this work on the analysis of heart rate variability. The study involved girls studying at National Research University Belgorod State University, divided into four groups: the first group (control) - students living in Chernyanskiy district of Belgorod region with the least environmental pollution; the second, third and fourth groups (experimental) - subjects living in the polluted areas of Belgorod district, Shebekinskiy and Yakovlevskiy urban districts of Belgorod region, respectively. Each group included at least 35 people aged 18 to 20 years. In the study, we used the software “Poly-Spectrum-Rhythm” (Neurosoft LLC, Ivanovo). The third group girls showed a decrease in the values of SDNN and RMSSD, compared with the first and second groups, respectively, which determines the strengthening of the sympathetic regulation of the autonomic nervous system. In contrast to the students from the first and second groups, a decrease in the pNN50 value is observed in the students of the third group, indicating a decrease in the parasympathetic effect of the autonomic nervous system on the modulation of the heart rate. Thus, according to the analysis of heart rate variability in the time domain, the subjects living in Belgorod district, Shebekinskiy and Yakovlevskiy urban districts of Belgorod Region, revealed a decrease in the parasympathetic effect of the autonomic nervous system on the heart rate. It has been established that the functioning of the cardiovascular system of girls is affected by living in cities, as well as in close proximity to industrial enterprises. In female students living in areas with high levels of environmental pollution, the sympathetic division of the autonomic nervous system has a predominant effect on the regulation of the heart rhythm.
heart rate variability, cardiovascular system indicators, students, environmental pollution
Введение. В настоящее время на здоровье человека оказывают воздействие различные неблагоприятные факторы. В зоне повышенного риска находятся люди, проживающие в крупных городах, а также в непосредственной близости от промышленных предприятий [1]. Организм человека является открытой системой, благодаря этому изменения в окружающей среде оказывают влияние на его работу в целом. Проведенные исследования доказали прямую зависимость роста как общей заболеваемости, так и отдельных органов, и систем организма от степени загрязненности окружающей среды [2]. Кроме того, это приводит к снижению адаптационных возможностей человека и его иммунитета. Практически 95% заболеваний сердечно-сосудистой системы обусловлены воздействием на организм человека токсичных химических веществ [3].
Особую категорию составляют лица юношеского возраста ввиду заканчивающегося процесса развития различных функциональных систем и, как следствие, более высокой подверженности действию загрязненной окружающей среды [4].
На основании данных, содержащихся в докладе «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Белгородской области в 2023 году», отмечается рост уровня болезней системы кровообращения на 10%, по сравнению с предшествующим периодом [5].
Изучение особенностей, характеризующих центральные и автономные механизмы регуляции ритма сердца, является актуальным. Наиболее часто для оценки функционального состояния организма, а именно сердечно-сосудистой системы, определяют вариабельность сердечного ритма (ВСР). Это один из наиболее простых, информативных, неинвазивных методов исследования особенностей вегетативной регуляции ритма сердца [6, 7]. Изучая ВСР, можно выявить изменения в работе сердца по показателям и структурным особенностям мощностных характеристик суммарного спектра вариабельности сердечного ритма. Таким образом, это позволяет своевременно определить возникающие отклонения в деятельности нейрогуморальной системы [8]. Регуляция деятельности сердца осуществляется благодаря двойной автономной иннервации посредством симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (ВНС) с соответствующими медиаторами – норадреналином и ацетилхолином [9]. Благодаря исследованию ВСР также возможно осуществлять оценку функционального взаимодействия сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной систем, т.е. данный метод является комплексным показателем состояния организма человека [10, 11]. Вариабельность ритма сердца дает возможность установить степень и характер неспецифического ответа организма на влияние неблагоприятных факторов активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы, величину показателей, отражающих соотношение между активностью симпатического и парасимпатического отделов ВНС, воздействие на работу сердечного ритма (СР) автономного и центрального контуров [12]. ВСР проявляется в изменениях интервалов между сокращениями предсердий и желудочков, которые возникают вследствие влияния на организм внешних и внутренних факторов [13, 14]. Для оценки параметров вариабельности ритма сердца в исследуемый интервал времени применяют методы статистического анализа. При этом кардиоинтервалограмма рассматривается в виде последовательности временных промежутков – интервалов RR (NN). Результаты статистических методов можно разделить на две группы: непосредственно полученные при измерении RR-интервалов и определяемые путем сравнения разных RR-интервалов [15, 16].
Цель работы: используя метод анализа вариабельности сердечного ритма, изучить статистические показатели физиологического состояния системы кровообращения студенток.
Условия, материалы и методы. Эксперимент выполнен на кафедре биологии Института фармации, химии и биологии НИУ «БелГУ». В исследовании принимали участие девушки, распределенные на четыре группы: первая группа (контрольная) – обучающиеся, которые проживают на территории Чернянского района Белгородской области с наименьшим загрязнением окружающей среды; вторая, третья и четвертая группы (опытные) – испытуемые, проживающие на загрязненных территориях Белгородского района, Шебекинского и Яковлевского ГО Белгородской области, соответственно. В каждую из групп входило не менее 35 человек в возрасте от 18 до 20 лет.
Выполненный эксперимент соответствовал всем этическим нормам и стандартам, предъявляемым национальным комитетом по исследовательской этике и Хельсинской декларации 1964 года, включая ее последующие изменения. Обследование проводилось при условии получения от каждого испытуемого информированного добровольного согласия, а также при отсутствии жалоб на состояние здоровья и признаков заболеваний. Предварительно каждому участнику объяснялись цели и задачи исследования.
Применялось программное обеспечение «Поли-Спектр-Ритм» (ООО «Нейрософт», г. Иваново), при помощи которого во втором стандартном биполярном отведении осуществлялась запись временных показателей кривых электрокардиограммы в течение 5 минут. Во время эксперимента студентки находились в горизонтальном положении, были устранены факторы, приводящие к эмоциональному возбуждению (посторонний шум) и физические влияния (прием пищи за 1 час до обследования, курение, занятие спортом, глубокие вдохи или задержка дыхания, произвольные движения). Температура в помещении составляла от +18 до +20°С. В результате исследования изучены следующие показатели: R-R min, R-R max, RRNN, SDNN, RMSSD и pNN50.
При помощи компьютерной программы IBM SPSS Statistics 20 нами обработаны полученные в ходе исследования результаты, которые представлены в виде среднего значения и стандартной ошибки среднего (М±m). По параметрическому t-критерию Стьюдента для независимых выборок определена достоверность различий (p<0,05).
Результаты и обсуждение. В таблице 1 представлены величины сдвигов временных показателей ВСР у студенток, которые участвовали в исследованиях.
Таблица 1 – Сдвиги показателей временного анализа вариабельности ритма сердца у студенток
|
Группы |
Показатели, усл. ед. |
|
|
R-R min, мс |
R-R max, мс |
|
|
Первая (контрольная) |
626,0 ± 38,80 |
1031,67 ± 28,40 |
|
Вторая (опытная) |
645,13 ± 19,40 |
1072,91 ± 39,10 |
|
Третья (опытная) |
643,27 ± 30,80 |
972,73 ± 29,10# |
|
Четвертая (опытная) |
633,20 ± 30,30 |
1043,80 ± 25,30 |
Примечание: достоверность различий: # – в сравнении со второй группой по параметрическому t-критерию Стьюдента для независимых выборок (p<0,05).
По сравнению с девушками из второй группы, R-R max у обучающихся из третьей группы было ниже на 9,34% (p<0,05), что указывает на снижение парасимпатического воздействия ВНС на СР [17].
Параметры, характеризующие суммарный эффект регуляции ритма сердца у обследуемых, приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Суммарный эффект регуляции сердечного ритма у студенток по показателям RRNN, SDNN, RMSSD и pNN50
|
Группы |
Показатели, усл. ед. |
|||
|
RRNN, мс |
SDNN, мс |
RMSSD, мс |
pNN50, % |
|
|
Первая (контрольная) |
789,67 ± 22,80 |
97,0 ± 30,29 |
97,67 ± 42,26 |
37,73 ± 4,61 |
|
Вторая (опытная) |
854,50 ± 18,60* |
66,29 ± 5,86 |
72,61 ± 7,96 |
40,53 ± 5,31 |
|
Третья (опытная) |
809,55 ± 24,40 |
45,90 ± 4,06# |
42,30 ± 4,93# |
25,09 ± 4,07*# |
|
Четвертая (опытная) |
882,0 ± 17,10*@ |
58,20 ± 8,27 |
65,40 ± 14,08 |
34,65 ± 4,85 |
Примечание: достоверность различий: * – в сравнении с первой группой, # – в сравнении со второй группой, @ – в сравнении с третьей группой по параметрическому t-критерию Стьюдента для независимых выборок (p<0,05).
Значение RRNN у испытуемых из второй и четвертой групп было выше на 8,21% (p<0,05) и 11,69% (p<0,05), соответственно, чем у студенток из первой группы. У девушек из четвертой группы данная величина также повысилась на 8,95% (p<0,05), в отличие от обучающихся из третьей группы. Увеличение RRNN наблюдается при возросшем влиянии парасимпатического отдела ВНС на ритм сердца [18].
На рисунке 1 показано распределение испытуемых по индивидуальным показателям RRNN. В норме средняя длительность кардиоинтервалов R-R, отражающая уравновешенную активность симпатического и парасимпатического отделов ВНС в регуляции синусового ритма сердца – 817,0 ± 103,0 мс [19, 20]. Баланс между двумя отделами ВНС выявлен среди студенток из первой группы. У второй и третьей групп девушек СР находился под контролем симпатической активности. Наибольший процент обучающихся с проявлением парасимпатикотонии был отмечен во второй группе – 29,0%.
Рисунок 1 – Распределение студенток (%) по индивидуальным параметрам RRNN
У испытуемых из третьей группы значение SDNN было ниже на 30,76% (p<0,05), по сравнению со студентками из второй группы, что определяет усиление симпатической регуляции ВНС [21].
На рисунке 2 показано распределение девушек, участвующих в исследованиях, по индивидуальным показателям SDNN.
Рисунок 2 – Распределение студенток (%) по индивидуальным параметрам SDNN
Величина SDNN, характеризующая вариабельность ритма сердца в целом и зависящая от действия на СА-узел проводящей системы сердца симпатического и парасимпатического отделов ВНС, в норме равна 61,0±29,0 мс [22]. Выраженность СР, определяющаяся симпатической активностью, наблюдалась у второй, третьей и четвертой групп обучающихся. Большинство лиц с уравновешенным влиянием на вазомоторный центр продолговатого мозга обоих отделов ВНС выявлено в третьей и четвертой группах – 90,0% и 80,0%, соответственно. Парасимпатикотония отмечалась у испытуемых из первой и второй групп.
Результат RMSSD у студенток из третьей группы был ниже на 41,74% (p<0,05), чем у девушек из второй группы, указывая на увеличение активности симпатического звена ВНС регуляции СР [23, 24].
На рисунке 3 показано распределение обследуемых обучающихся по индивидуальным показателям RMSSD.
Рисунок 3 – Распределение студенток (%) по индивидуальным параметрам RMSSD
Значение квадратного корня, полученного в результате сложения квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN – RMSSD – в норме составляет 40,0±20,0 мс [25]. Наибольший процент испытуемых с данными RMSSD, отражающими равновесие в деятельности отделов ВНС, наблюдался в третьей группе – 90,0%. У 9,0% лиц второй группы выявлено проявление симпатикотонии. Согласно значениям данного показателя, ВНС у всех групп студенток оказывает парасимпатическое воздействие на ритм сердца.
В отличие от девушек из первой и второй групп, значение pNN50 у обучающихся из третьей группы было ниже на 33,50% (p<0,05) и 38,10% (p<0,05), соответственно. Понижение показателей отмечается при уменьшении парасимпатического влияния ВНС на модуляцию СР [26].
На рисунке 4 показано распределение испытуемых по индивидуальным показателям pNN50.
Рисунок 4 – Распределение студенток (%) по индивидуальным параметрам pNN50
В норме доля соседних «нормальных» интервалов R-R находится в пределах 18,30±17,30% [27, 28]. Воздействие симпатического отдела ВНС на ритм сердца наблюдалось у студенток второй группы – 8,0%. Большинство лиц с проявлением уравновешенного влияния на СР отделов ВНС выявлено в третьей группе – 82,0%. У всех групп девушек отмечается парасимпатикотония.
Согласно проведенному анализу ВСР во временной области, у испытуемых, проживающих в Белгородском районе, Шебекинском и Яковлевском ГО Белгородской области, наблюдается снижение парасимпатического воздействия ВНС на СР. Известно, что основными медиаторными системами парасимпатического отдела ВНС являются ацетилхолин, а также ферменты, относящиеся к группе холинестераз, в том числе ацетил-, бутирил- и бензоил-холинестеразы. Для ацетилхолина характерно нахождение в структуре аксоплазмы и пресинаптических везикул терминальных участков. Из них он, выделяясь в пространство между пресинаптической и постсинаптической мембранами, связывается с мускаринчувствительными рецепторами и приводит к появлению возбуждающих постсинаптических потенциалов. В результате происходит активация калиевых каналов и выходящего калиевого тока в пейсмекерах синусового узла проводящей системы сердца. Это способствует гиперполяризации в пейсмекерах, увеличению фазы деполяризации в медленных потенциалах автоматически возбудимых клеток и, как следствие, понижает частоту пейсмекерных импульсов и сокращений миокарда [29].
Выводы. Установлено, что на функционирование сердечно-сосудистой системы девушек оказывает влияние проживание в городах, а также в непосредственной близости от промышленных предприятий. У студенток, проживающих в районах с высокими показателями загрязнения окружающей среды, наблюдается преобладающее воздействие неблагоприятных факторов на регуляцию ритма сердца симпатического отдела ВНС.
1. Katulskaya OYu, Efimova NV, Prokhorenko EA. [Dynamic assessment of the functional capabilities of university students living in industrial centers of Eastern Siberia]. Acta Biomedica Scientifica. 2011; 3-2. 97-101 p. EDN: https://elibrary.ru/ONWJYH.
2. Meshkov NA. [Ethnic and gender characteristics of the adaptive phenotype of the cardiovascular system in individuals living in different natural and climatic conditions]. Gigiena i sanitariya. 2017; Vol.96. 11. 1029-1037 p. https://doi.org/https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-11-1029-1037. EDN: https://elibrary.ru/YOBWTQ
3. Chaulin AM, Duplyakov DV. [Environmental factors and cardiovascular diseases]. Gigiena i sanitariya. 2021; Vol.100. 3. 223-228 p. https://doi.org/https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-3-223-228. EDN: https://elibrary.ru/NWPETZ
4. Zolotnikova GP. [The influence of environmental features and the level of anthropogenic load of areas of residence on the health of students of vocational educational organizations]. Problemy regionalnoy ekologii. 2021; 1. 66-70 p. https://doi.org/https://doi.org/10.24412/1728-323X-2021-1-66-70. EDN: https://elibrary.ru/KRWVHQ
5. Gosudarstvennyy doklad “O sostoyanii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya Belgorodskoy oblasti v 2023 g”. [State report “On the state of sanitary and epidemiological well-being of the population of Belgorod region in 2023]. Belgorod. 2024; 200 p.
6. Mikhaylova LA, Mal'tseva EA. [Hemodynamic parameters of healthy adolescents with different types of autonomic reactivity]. Sibirskoe meditsinskoe obozrenie. 2012; 1. 46-50 p. EDN: https://elibrary.ru/PABCWT.
7. Buy MZ, Taratukhin EO. [Possibilities of the heart rate variability technique]. Rossiyskiy kardiologicheskiy zhurnal. 2011; 6. 69-75 p. EDN: https://elibrary.ru/OKKSYN.
8. Prekina VI, Chernova IYu, Efremova ON. [Heart rate variability in healthy people]. Rossiyskiy kardiologicheskiy zhurnal. 2020; S2. 12-13 p. EDN: https://elibrary.ru/XSWUVQ.
9. Chukhnin EV, Amirov NB. [Heart rate variability. Method and clinical application] Vestnik sovremennoy klinicheskoy meditsiny. 2008; 1. 72-78 p. EDN: https://elibrary.ru/NQXKJX. DOI: https://doi.org/10.20969/VSKM.2008.1(1).72-78
10. Al-shammari MYaI, Pogrebnyak TA, Chernyavskikh SD. [Features of the functional status of first-year students with different types of autonomic regulation of heart rate]. Uchenye zapiski KGAVM im. N.E. Baumana. 2019; 1. 14-21 p. https://doi.org/https://doi.org/10.31588/2413-4201-1883-237-1-14-21. EDN: https://elibrary.ru/VVKXPY
11. Bondarenko VF, Ismailova AK, Kurbanalieva YuA. [Dependence of heart rate variability on heart rate in adolescence]. Vestnik Baltiyskogo federalnogo universiteta im. I.Kanta. Seriya: Estestvennye i meditsinskie nauki. 2018; 3. 94-102 p. EDN: https://elibrary.ru/YAREFN.
12. Spitsin AP, Kolodkina EV, Pershina TA. [Functional state of medical students according to the analysis of heart rate variability and central hemodynamics]. Zdorove naseleniya i sreda obitaniya. 2020; 1 (322). 24-29 p. https://doi.org/https://doi.org/10.35627/2219-5238/2020-322-1-24-29. EDN: https://elibrary.ru/LYGCUI
13. Nikulina MV, Antonets VA. [Experience of assessing heart rate variability using smoothed cardiointervalograms]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Prikladnaya nelineinaya dinamika. 2022; 2. 176-188 p. https://doi.org/https://doi.org/10.18500/0869-6632-2022-30-2-176-188. EDN: https://elibrary.ru/MQSOUU
14. Venevtseva YuL, Nesterova SA, Melnikov AKh. [Individual dynamics of heart rate variability in healthy individuals]. Rossiyskiy kardiologicheskiy zhurnal. 2023; S6. 12 p. EDN: https://elibrary.ru/RIMFFM.
15. Shcherbakova AE, Popova MA, Khabibullin EV. [Indicators of the functional state of the central nervous system and autonomic regulation of the heart rate of students with different levels of personal adaptive potential]. Sovremennye voprosy biomeditsiny. 2024; 2. 1-9 p. https://doi.org/https://doi.org/10.24412/2588-0500-2024_08_02_22. EDN: https://elibrary.ru/EOKMRN
16. Mylnikova IV, Katulskaya OYu. [Adaptation capabilities of urban and rural adolescents of the Irkutsk region (according to heart rate variability)]. Acta Biomedica Scientifica. 2010; 1. 22-26 p. EDN: https://elibrary.ru/OOPWUJ.
17. Mikhaylova LA, Maltseva EA. [Electrocardiogram indicators in healthy adolescents studying at a university]. Chelovek. Sport. Meditsina. 2013; 1. 48-51 p. EDN: https://elibrary.ru/PYACCB.
18. Putilin LV, Prokhorov PYu. [Gender characteristics of the electrocardiogram of 4th-year medical students: is there a connection with the state of the autonomic nervous system?]. Rossiyskiy kardiologicheskiy zhurnal. 2021; S5. 12-13 p. EDN: https://elibrary.ru/NZTSLU.
19. Kretova IG, Vedyasova OA, Komarova MV. [Analysis and forecasting of the reserve capacities of students’ bodies based on heart rate variability parameters]. Gigiena i sanitariya. 2017; 6. 556-561 p. https://doi.org/https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-6-556-561. EDN: https://elibrary.ru/ZAPEEB
20. Eremeev SI, Eremeeva OV, Kormilets VS, Kormilets AYu. [Features of the indicators of the correlation rhythmogram and variation pulsometry in people aged 18-27 years with different types of heart rate modulation]. Chelovek. Sport. Meditsina. 2013; 1. 79-83 p. EDN: https://elibrary.ru/PYACEJ.
21. Anfilatov IYu, Tumanova NS. [Heart rate variability of university students with different levels of physical fitness]. Chelovek. Sport. Meditsina. 2023; 1. 37-43 p. https://doi.org/https://doi.org/10.14529/hsm230105. EDN: https://elibrary.ru/XXUMSC
22. Kasymbekova KB, Kyzdarbekova AS, Dutbayeva DM. [Study of cardiac signal variability]. Problemy Nauki. 2017; 6 (88). 73-76 p. EDN: https://elibrary.ru/XXMKJH.
23. Skorozvon MS, Chernyavskikh SD. [Comparative assessment of students’ cardiovascular system indicators depending on living conditions]. Nauka i obrazovanie: otechestvennyy i zarubezhnyy opyt: pyatdesyat tretya mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya: sbornik trudov konferentsii. Belgorod: Izdatelstvo OOO “GiK”. 2022; 495-498 p. EDN: https://elibrary.ru/HRPIHU.
24. Krasilnikova VA, Ayzman RI. [Morphofunctional indicators of first-year students of Tuvan State University from urban and rural area]. Vestnik NGPU. 2017; 5. 178-192 p. https://doi.org/https://doi.org/10.15293/2226-3365.1705.12. EDN: https://elibrary.ru/ZQXRVR
25. Ivanov SA, Nevzorova EV, Gulin AV. [Quantitative assessment of the functional capabilities of the cardiovascular system]. Vestnik rossiyskikh universitetov. Matematika. 2017; 6-2. 1535-1540 p. https://doi.org/https://doi.org/10.20310/1810-0198-2017-22-6-1535-1540. EDN: https://elibrary.ru/YRNTTB
26. Kononets IE, Kalykeeva AA. [Heart rate variability and autonomic regulation in college students of various specializations]. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamentalnykh issledovaniy. 2018; 12-1. 42-46 p. EDN: https://elibrary.ru/YUJKNV.
27. Knyazeva ES, Lyalyakin SV, Mishchenko NV. [Assessment of the functional state of students’ bodies using heart rate variability parameters]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2023; 1 (127). 1-8 p. https://doi.org/https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.127.8. EDN: https://elibrary.ru/AOVNXJ
28. Kretova IG, Vedyasova OA, Komarova MV. [Analysis and forecasting of reserve capacities of the students’ body based on heart rate variability parameters]. Gigiena i sanitariya. 2017; 96 (6). 556-561 p. https://doi.org/https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-6-556-561. EDN: https://elibrary.ru/ZAPEEB
29. Mironova TF, Mironov VA, Obukhova TYu. [Vegetative regulation of heart rate (review)]. Kardiologiya. 2018; 10 (165). 90-105 p. https://doi.org/10.25694/URMJ.2018.10.28. EDN: https://elibrary.ru/YPHPVZ
