Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Динамика показателей сердечного ритма в процессе когнитивной деятельности у детей разных соматотипов

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Динамика показателей сердечного ритма в процессе когнитивной деятельности у детей разных соматотипов"

На правах рукописи

ЧУБ Игорь Сергеевич

ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ПРОЦЕССЕ КОГНИТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У ДЕТЕЙ РАЗНЫХ СОМАТОТИПОВ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 ь сен гщ

Архангельск — 2014

005552481

Работа выполнена на кафедре физиологии и морфологии человека ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат педагогических наук, доцент Лукипа Светлана Фёдоровна

Макарова Валерия Ивановна

доктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет», заведующая кафедрой пропедевтики детских болезней и поликлинической педиатрии

Гребнева Надежда Николаевна

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет», заведующая кафедрой медико-биологических дисциплин и безопасности жизнедеятельности

Ведущая организация:

Федеральное государственное научное учреждение «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования, г. Москва

Защита состоится «02» октября 2014 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, проезд Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАО ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» и на сайте www.narfu.ru

Автореферат разослан « » 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета и^С^^Г— Старцева Лариса Фёдоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Важнейшим этапом онтогенеза человека является период второго детства, характеризующийся многочисленными перестройками в функциональных системах организма (Волокитина Т.В., Грибанов A.B., 2004; Безобразова В.Н., 2006; Мекешкин Е.А., 2010; Дмитриев Д.А., 2011). На этот возрастной период приходится поступление детей в школу, где появляется новый стрессорный фактор - систематическое обучение. Комплексные исследования, проведённые отечественными физиологами, отмечают несоответствие функциональных возможностей организма ребёнка возрастающим школьным требованиям (Дегтева Г.Н., Зубов JI.A., 2003; Гришин A.B., Речапов Д.С., 2005; Статуева Л.М. и др., 2007; Jurg М.Е. et. al., 2006). В условиях Европейского Севера России морфофункциональный статус ребенка испытывает сочетанное воздействие комплекса специфических экологических и климатических условий окружающей среды и школьных «стрессовых» факторов.

Многообразие возможных вариантов реакции физиологических систем на различного рода воздействия связано с конституциональной неоднородностью популяции человека (Герасимова И.Н. и др., 2010). Сформировавшийся в возрастной физиологии конституционный подход подразумевает однотипность ответных реакций организма на нагрузки различного характера у детей в зависимости от соматотипологических характеристик. На протяжении всего XX и начала XXI века наблюдался повышенный интерес отечественных и зарубежных авторов к исследованию адаптации в зависимости от типа соматической конституции (Кузьмин А.Г., 2004; Колосова Т.С. и др., 2008; Герасимова И.Н и др., 2011; Heath В.Н., Carter J.E., 1991; Harrison G.A. et. al., 1992; Wang Y. et. al.,1992; Williams S.R.P. et. al., 1997). Сформировалось представление об «адаптивном типе» (Хрисанфова E.H., 2005), при этом по данным одних авторов наибольшей степенью адаптивности обладает мышечный соматотип (Цатурян Л.Д., 2004; Щанкин A.A., Кошелева O.A., 2011), по другим данным -торакальный тип конституции (Лукина С.Ф. и др., 2006). Результаты исследования С.Г. Кривощёкова и Н.В. Мозолевской (2007) показывают значительное напряжение кардиореспираторной системы у эндоморфов по сравнению с другими типами конституции. В то же время, анализ вегетативной регуляции на соматотипологической основе, проведённый Л. Д. Цатурян (2004), выявил состояние «критического напряжения» у 30% здоровых мальчиков торакального соматотипа.

Параметры физического развития являются надёжными маркерами успешности адаптации. Имеются данные литературы о наличии связи антропометрических параметров новорожденных детей и степени риска гипертонии и низкой устойчивости к нагрузкам в периоде второго детства (Whincup P. et. al., 1995; Jones A. et. al., 2008). Исследования С.Г. Кривощёкова (2007) демонстрируют усиление напряжения вегетативных механизмов регуляции сердечно-сосудистой деятельности, которое проявляется в периоды наибольшего расхождения приростов морфометрических и функциональных показателей.

Поступление ребёнка в начальную школу сопряжено с незаконченностью становления регуляторных механизмов контроля над висцеральными функциями, под влиянием которых осуществляются приспособительные реакции к факторам среды. Известно, что значительной лабильностью и реактивностью в таких условиях является вегетативная нервная система (Pagani М. et. al., 1988; Wood R. et. al., 2003). Изучению адаптации к умственной нагрузке посвящено большое число научных работ (Бойко Н.П., 2005; Малых Т.В., 2005; Быков Е.В., Рязанцев А.В., 2008; Maes М. et. al., 1998; Wood R.H. et. al., 2002; Lovallo W.R. et. al., 2006). Именно когнитивная деятельность, особенно в условиях лимита времени, является наиболее сильно действующим «стрессогенным» фактором школьной среды. Так, установлено, что одним из указателей напряжения физиологической системы на нерациональную школьную нагрузку является повышенный симпатический тонус и усиление централизации сердечного ритма (Крысюк О.Н., 2007). Определение вариабельности кардиоритма представляет собой удобный и информативный инструмент оценки напряжения вегетативного обеспечения функций. Исследований, направленных на выявление индивидуально-типологических реакций вегетативного гомеостаза в динамике учебного года у детей, имеющих разные соматотипы, недостаточно. Дефицит исследований наблюдается в изучении комплексного взаимодействия компонентной структуры соматотипов и функционирования висцеральных систем в обеспечении адаптивных механизмов. Исследование особенностей реакции вегетативной нервной системы организма на когнитивное напряжение у детей с различньми вариантами соматической конституции представляет особый интерес возрастной физиологии, указывающий на необходимость внедрения индивидуально-типологического подхода образовательных технологий в начальной школе.

Цель и задачи исследования. Цель работы - выявить особенности вегетативной регуляции сердечного ритма в процессе адаптации к когнитивной нагрузке у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции.

Для реализации цели работы поставлены следующие задачи:

1) Оценить особенности морфофункциональных взаимодействий, обусловленных конституциональной типологией, у детей 8-10 лет.

2) Установить динамику параметров вариабельности ритма сердца у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции за годовой период в состоянии спокойного бодрствования.

3) Определить реактивность параметров вегетативного обеспечения сердечного ритма у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции в процессе когнитивной деятельности и в периоде восстановления.

4) Выявить особенности динамики параметров вариабельности ритма сердца у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции за годовой период в процессе когнитивной деятельности.

Научная новизна исследования. Впервые установлена неоднородность в реакциях вегетативного обеспечения ритма сердца на умственную нагрузку у детей в зависимости от пола, возраста и типа конституции. Выявлена

разнонаправленность вегетативных реакций регуляции сердечного ритма в восстановительном периоде после выполнения когнитивной деятельности в зависимости от соматотипа. Определены стратегии реализации адаптивных механизмов вегетативных реакций в процессе когнитивной деятельности: одна связана с вовлечением в функциональную систему гемодинамических параметров и характерна для астенического и торакального соматотипов, другая - опосредована влиянием гармоничности морфологического развития и степени автономности вегетативных влияний и наблюдается у детей мышечного и дигестивного соматотипов. Наибольшее влияние когнитивной деятельности на регуляторные механизмы кардиоритма характерно для детей астенического и торакального соматотипов. Установлены отсроченные реакции вегетативного обеспечения сердечного ритма на когнитивную деятельность, которые в большей степени проявляются в группе детей дигестивного соматотипа.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты антропометрического и кардиоритмографического исследования детей позволят расширить имеющиеся представления в возрастной физиологии об индивидуально-типологической неоднородности ответных реакций детского организма на когнитивную нагрузку. Выявлено, что реактивность ВНС по спектральным характеристикам ритма в процессе решения умственных задач определяется фоновым значением степени централизации хронотропной функции сердца, независимо от половозрастных и соматотипологических особенностей организма. Факторный анализ позволил установить специфику морфофункциональных взаимодействий в периоде второго детства, обусловленную конституциональной типологией.

Диссертационное исследование поддержано проектами №№ 2.2.3.3/4704 и 2.2.3.3/9834 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2012)»; государственным заданием Министерства образования и науки РФ проект № 4.5918.2011 «Системная организация когнитивной деятельности человека».

Результаты исследования используются при планировании и организации учебной деятельности и коррекционной работы с учащимися МОУ СОШ № 50 города Архангельска (акт внедрения от 23.05.2014), в преподавании курсов «Возрастная психофизиология», «Биология человека», «Экология человека», «Человек» для студентов биологических и психолого-педагогических специальностей в институте естественных наук и биомедицины САФУ имени М.В. Ломоносова (акт внедрения от 23.05.2014).

Полученные результаты могут быть использованы для планирования занятий начальной школы, групп продлённого дня, а также для организации профилактических и оздоровительных мероприятий с детьми. Выводы работы могут быть использованы при подготовке методических рекомендаций и пособий для педагогов, психологов и медицинских работников.

Положения, выносимые на защиту:

1. Компонентная структура взаимодействий антропометрических, гемодинамических характеристик и показателей вегетативного обеспечения сердечного ритма взаимосвязана с типом конституции.

2. Тип реакции вегетативного обеспечения сердечного ритма в состоянии когнитивного напряжения у детей определяется функциональными параметрами, а реакции вегетативного обеспечения сердечного ритма в восстановительный период после когнитивной деятельности взаимосвязаны с антропометрическими характеристиками морфофункционального статуса.

3. Распределение вариантов реактивности регуляторных механизмов в процессе когнитивной нагрузки и в восстановительном периоде неоднородно в группах соматотипов.

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Здоровая образовательная среда - здоровое поколение» (Тюмень,

2009); XXI Съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова (Калуга,

2010); on-line на форуме II Всероссийской научной конференции «Научное творчество XXI века» (Краснодар, 2010); I Региональной молодёжной научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии человека на Севере» (Архангельск, 2010); X и XI Всероссийской молодёжной научной конференции Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2011, 2012); Ломоносовских научных чтениях студентов, аспирантов и молодых учёных (Архангельск, 2011-2014); Всероссийской научно-практической конференции «Вариабельность ритма сердца» (Чебоксары, 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Формирование культуры здоровья как основы развития здоровой личности в условиях инновационного образовательного процесса» (Тюмень, 2012); V международной конференции по когнитивной науке (Калининград, 2012); заседании Архангельского Физиологического общества имени И.П. Павлова (Архангельск, 2012,2014), ХХП Съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова (Волгоград, 2013), заседаниях кафедры физиологии и морфологии человека САФУ имени М.В. Ломоносова (2011-2014). По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 3 статьи в рецензируемых научных журналах.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста; состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, приложения. Работа содержит 17 рисунков и 14 таблиц. Библиографический список включает 220 источников (из них 156 отечественных и 64 зарубежных авторов).

ОРГАНИЗАЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В 2010-11 гг. проведено морфофункциональное исследование 430 детей обоего пола в возрасте 8-10 лет, с 1 по 3 класс общеобразовательной школы № 50 г. Архангельска. Обследование проводилось с соблюдением этических принципов Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association, WMA). Все дети на момент обследования были

здоровы, занимались физической культурой в основной группе. Обследование проводилось с письменного согласия родителей и устного согласия самих детей в весенний период в первой половине дня. У всех участников была проведена соматоскопия (Штефко В.Т., Островский А.Д., 1929), по результатам которой были сформированы 4 группы соматотипов: астенический (АС), торакальный (ТС), мышечный (MC) и дигестивный (ДС).

Соматоскопическое исследование. Оценка типа телосложения проводилась на основании трёх соматических параметров: степени жироотложения, развития мускулатуры и особенностей скелета. Схема клинической диагностики конституциональных типов по В.Т. Штефко и А.Д. Островскому (1929) относится к наиболее простым и консервативным методам конституционной типологии. С целью диагностики соматотипа проводилась антропометрия с использованием методических подходов морфофизиологических исследований НИИ антропологии МГУ имени М.В. Ломоносова (Бунак В.В., 1941; Смирнова Н.С., 1981). Измерялись продольные, поперечные и обхватные параметры телосложения. Степень жироотложения определялась на животе и спине.

На основании антропометрических показателей рассчитывались индексы: индекс гармоничности морфологического развития (ИГМР, усл. ед.), как ИГМР=(длина тела-масса тела)*длина тела/(К*2*ОГК), где К - коэффициент гетерохронности (Пушкарёв С.А., 1983); площадь поверхности тела (ППТ, м2), как ППТ=0,007184*масса тела0,425*длина тела0,725 (DuBois D., 1916).

Функциональное исследование. Гемодинамические показатели. Артериальное (кровяное) давление определялось аускультативным методом по Н.С. Короткову. Регистрировались систолическое (СД, мм.рт.ст.) и диастолическое (ДД, мм.рт.ст.) артериальное давление, рассчитывалось пульсовое давление (ПД=СД-ДЦ). Частота сердечных сокращений (ЧСС) определялась аппаратным способом (ритмография), методом регистрации средней ЧСС на участке продолжительностью 2 минуты. Рассчитывались показатели центральной гемодинамики: среднее динамическое артериальное давление (Рср.д, мм.рт.ст.), как Рср.д.=ДД+1/3*ПД; систолический (ударный) объём крови (УО, мл), как УО=80+0,5*ПД-0,6*ДД-2*возраст (формула адаптирована для детей 7-15 лет; H.A. Романцева, Н.С. Пугина); минутный объём крови (МОК, л), как МОК=УО* ЧСС/1 ООО; сердечный индекс (СИ, л/м2/мин.), как СИ=МОК/ППТ, периферическое сосудистое сопротивление (ПСС, дин.*с.*см'5), как ПСС=Рср.д.* 1333*60/МОК; индекс резервов Руфье (ИР, усл. ед.), как ИР=(ЧСС*СД)/100.

Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Для расчёта показателей ВСР использовали запись ЭКГ на аппаратно-программном комплексе «ВНС-спектр» («Нейрософт», Иваново) в I стандартном отведении. Регистрация интервалограммы осуществлялась в положении сидя в состоянии спокойного бодрствования (фон), при выполнении когнитивной нагрузки и в периоде восстановления (покой). В качестве когнитивной пробы, вызывающей умственное напряжение, использовался математический счёт в уме в пределах школьной программы. Анализу подвергались временные и спектральные характеристики кардиоритма, а также некоторые показатели вариационной

пульсометрии по P.M. Баевскому (2004): средняя продолжительность интервалов (RRNN, мс), стандартное отклонения ряда R-R (SDNN, мс), коэффициент вариации (CV, %), число интервалов, различающихся на 50 мс (NN50, %), амплитуда моды (Ато,%), Анализируемые показатели спектра мощности ка^диоритма в абсолютных и относительных величинах: общая мощность (TP, мс ), мощность низкочастотных волн (LF, мс2), высокочастотных волн (HF, мс2), индекс напряжения (ИН, усл. ед.).

Статистическая обработка данных. Статистический анализ результатов исследования проводился программными средствами MS Excel 2010, NeuroStat (Neurosoft) v. 4.4, и SPSS v. 22.0. Проверка на «нормальность» распределения осуществлялась на основании критерия Shapiro-Wilks. Учитывая особенности выборки, в частности - малочисленность некоторых групп, а также анормальность распределения параметров ВСР, в качестве описательного анализа был выбран метод непараметрической обработки данных, основанный на определении медиан (Me) и квартилей (25-75%). Для оценки различий показателей между соматотипами использовался однофакторный дисперсионный анализ. В зависимости от результатов теста Leven на однородность дисперсий использовались парные апостериорные сравнения (post hoc), с учётом гомогенности дисперсий: Scheffe (дисперсии гомогенны), Games-Howell (дисперсии не равны). В качестве меры сдвига в исследуемых группах был выбран критерий знаков Wilcoxon. Согласованность изменений переменных (направление) определялась с помощью коэффициента линейной корреляции Pirson или рангового коэффициента Spearman. Оценка главных эффектов факторов и их взаимодействие в структуре выборки проводилась при помощи факторного анализа с применением варимаксного нормализированного вращения факторов (Varimax). Адекватность применения факторного анализа к данной выборке определялась с помощью критерия Кайзера - Мейера -Олкина (Kaiser - Meyer - Olkin, КМО). Для построения факторной модели выбирались показатели с весовыми нагрузками |а| > 0,6. Для группировки наблюдений, характеризующихся схожими проявлениями переменных, использовался иерархический кластерный анализ, суть которого заключается в формировании кластера из каждого наблюдения, затем два соседних кластера объединяются в один и так до момента, пока не останется два кластера. Нулевая гипотеза отвергалась при критической величине р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Распределение соматотипов в популяции человека характеризуется значительной асимметрией, связанной с генетическими и средовыми факторами (Панасюк Т.В., Изаак С.И., 2000; Соколов AJL, Гречкина Л.И., 2005). Анализ распределения типов соматической конституции в исследуемой выборке показал, что мышечный соматотип (МС) преобладает во всех возрастно-половых группах, за исключением 8-летних мальчиков, где больше представлен торакальный тип (43,9%). У детей 9 лет значительную долю занимает торакальный соматотип (ТС), практически в равных соотношениях

представленный у мальчиков и девочек (30-40%). У девочек в 8-10 лет астенический тип встречается чаще (11,1-18,8 %), у мальчиков составляет 8,2 -7,6% выборки. Число детей с дигестивным соматотипом в 8-летнем возрасте составляет 14,3% у мальчиков, 11,3% у девочек, в 9 лет среди мальчиков - 20,9%, у девочек - 12,7%, в 10 лет среди мальчиков -19,7%, у девочек - 28,1%.

Степень пропорциональности телосложения является одним из важнейших индикаторов физического развития. В последнее время отмечается частая встречаемость случаев дисгармоничного развития, выражаемая в отставании по длине тела и развитию костно-мышечного аппарата (Руденко Н.Н., Мельникова И.Ю., 2006; Кувичкина М.В., 2008). Нами установлено, что число детей с гармоничным морфологическим развитием составляет 40,4-57,5%. Уровень гармоничности морфологического развития снижается от АС к ДС. Высокая доля детей с гармоничным развитием наблюдается в группах ТС и МС: от 54,7 до 69,7% в разных возрастных группах.

Ряд исследований показывает, что в результате адаптации функциональной системы к когнитивным нагрузкам происходит перестройка элементов данной системы (Минасян С.М. и др., 2005; Статуева Л.М., 2007). Анализ вегетативного обеспечения сердечного ритма в состоянии спокойного бодрствования демонстрирует отсутствие различий между группами соматотипов в возрасте 8 лет. Соматотипологические различия проявляются у 9-летних детей и связаны с низкими значениями временных и спектральных характеристик ВСР у детей ДС, по сравнению с другими типами. В частности медиана SDNN у детей МС составляет 78,00 мс, а у ДС - 47,00 мс (р=0,040), что отражает доминирование симпатических влияний над деятельностью миокарда. Общая мощность спектра у детей МС - 8305,50 мс2, что в 3 раза больше мощности спектра у детей ДС (р<0,010). Вклад в модуляцию спектра очень медленных волн у детей ДС оказывается сниженным (в 2 раза меньше, чем у МС, р=0,001). Абсолютное количество быстрых волн в общей мощности спектра также снижено (в 2,4 раза, р=0,010, по сравнению с МС). Это согласуется с исследованиями С.Г. Кривощёкова и Н.В. Мозолевской (2007). Низкие спектральные и временные параметры ритма сердца могут быть связаны с дисгармоничным морфологическим развитием детей ДС, что также отражают результаты факторного анализа.

Установлены половые различия параметров ВСР в спокойном бодрствовании у детей МС, связанные со снижением вариативности ритмограммы SDNN (22,86%, р=0,040) и общей мощности спектра (46,40%, р=0,040) за счёт HF-составляющей (уменьшение на 51,81%, р=0,040) у мальчиков в сравнении с девочками. Степень централизации сердечного ритма у мальчиков на 27,23% выше, чем у девочек, что может свидетельствовать о повышенном психоэмоциональном напряжении (Pagani М. et al., 1988; Коломиец О.И., 2007).

Сравнение рассматриваемых показателей между возрастными группами показывает отсутствие значимых изменений у 8-9-летних детей. Различия установлены в группах детей 9 и 10 лет АС и проявляются в увеличении с возрастом абсолютного значения низкочастотной компоненты спектра (прирост

и 46%; р=0,041), что связано с усилением влияний со стороны симпатического звена регуляции. У девочек ДС прогрессивные изменения ВСР связаны с увеличением продолжительности Я-Я-интервалов (с 641,0 мс в 9 лет до 741,50 мс в 10 лет, />=0,020), снижением ИН (со 127,44 усл. ед. до 83,32 усл. ед., р=0,040), что свидетельствует о завершении морфофункциональных перестроек механизмов регуляции работы сердца (Волокитина Т.В., Грибанов А.В, 2004; Крысюк О.Н, 2007).

Факторная структура взаимодействий антропометрических и физиологических показателей у детей 8-10 лет АС малоизменчива с возрастом и включает в себя 3 фактора, составивших 55,64-59,76% дисперсии: 1) генеральный фактор - автономный (26,20% дисперсии, 7 показателей), у детей в возрасте 8 лет включает в себя временные и спектральные характеристики сердечного ритма. У 10-летних школьников происходит перегруппировка функциональных элементов, слагающих главный фактор (26,49% дисперсии,

9 показателей), в частности дополнительно к вегетативным показателям присоединяются гемодинамические: МОК, СИ и ИР; 2) фактор 2 - у детей в 8 лет - гемодинамический (16, 02% дисперсии), включает в себя МОК, СИ и ИР. В возрасте 10 лет, в связи с перегруппировкой вегетативных и гемодинамических параметров в структуре факторного взаимодействия, представлен вегетативными показателями сердечного ритма, в частности СУ, ТР и ОТ; 3) фактор 3 -морфологический (13,42 и 11,30% дисперсии, соответственно в 8 и

10 лет). Причём, у 8-летних детей представлен преимущественно продольными параметрами и диаметрами грудной клетки, а в возрасте 10 лет у детей АС -обхватными размерами туловища и конечностей.

Показатели морфологического и физиологического развития у детей 8-10 лет, имеющих ТС, группируются в 3 фактора, составляющих 53,96 (8 лет), 52,22 (9 лет) и 53,67% (10 лет): 1) генеральный фактор имеет возрастные особенности. У детей 8 лет (24,41%, 10 показателей) образован вегетативными параметрами, преимущественно параметрами парасимпатического контура регуляции (БВЫМ, СУ, ИМББВ). У 9-летних школьников данный фактор морфологический (25,15%, 11 показателей), представлен обхватными и широтными размерами туловища и конечностей, у 10-летних детей - включает вегетативные показатели сердечного ритма (23,22% дисперсии, 9 показателей); 2) фактор 2 объясняет 17,10, 16,99 и 19,20% (соответственно 8, 9 и 10 лет) дисперсии и различается по возрастным группам. В группе 8-лених детей его составляющие - обхватные размеры конечностей, ИМТ, размер грудной клетки в сагиттальной плоскости. У детей в возрасте 9 лет фактор характеризует вегетативную регуляцию хронотропной функции. В группе детей 10 лет данный фактор имеет смешанное происхождение: представлен как гемодинамическими так и вегетативными показателями; 3) фактор 3 в группе детей 8 лет составляет 12,45% дисперсии и имеет смешанное вегетативно-гемодинамическое происхождение. У 9-летних детей (10,08%) характеризуется гемодинамическими параметрами. В 10-летнем возрасте (11,25%) характеризует морфометрические показатели, преимущественно обхватные размеры тела. Таким образом, при анализе факторной структуры установлено, что 10-летние дети, имеющие АС и ТС

характеризуются близкими особенностями формирования 3 фактора, включающего в себя обхватные параметры телосложения.

Компонентный состав взаимодействия рассматриваемых параметров у детей МС характеризуется меньшим количеством факторов и более организованной структурой. Для МС установлено наличие двух факторов, состав которых незначительно изменяется с возрастом и составляет 40,49 -43,25% дисперсии: 1) генеральный фактор во всех возрастных группах характеризует вегетативные параметры сердечно-сосудистой системы, отмечено усиление значения данного фактора с возрастом: доля дисперсии составляет 22,71 - 25,92 - 26,57% (8-10 лет); 2) фактор 2 имеет существенные различия в раннем возрасте (8 лет) по сравнению с периодом 9-10 лет. 20,54% дисперсии у 8-летних детей описывает в основном обхватные и широтные размеры телосложения. У 9- и 10-летних детей фактор имеет смешанное вегетативно-гемодинамическое происхождение. Результаты анализа факторной структуры взаимодействия рассматриваемых показателей у школьников, имеющих МС, показывают функциональное напряжение детского организма в возрасте 9-10 лет.

Факторная структура у детей ДС характеризуется дезорганизованностью и большим количеством составляющих компонентов (генеральный фактор в 8 лет представлен 12 показателями, в 9 лет - 16, в 10 лет - 15). Отмечаются возрастные изменения элементного состава показателей, включённых в 1 и 2 факторы. С возрастом происходит инверсия факторов показателей морфологического и функционального развития: 1) генеральный фактор составляет 33,18 - 25,55% (8-10 лет) дисперсии. Имеет неодинаковое происхождение, в зависимости от возраста. В 8 и 9 лет характеризует морфологическое развитие в отношении различных антропометрических параметров (обхватных, весовых и широтно-обхватных). У детей 10-летнего возраста имеет смешанное происхождение: вегетативное и гемодинамическое, что характерно также и для МС; 2) фактор 2 также имеет возрастные особенности. В 8 лет его наполнение представлено вегетативными показателями регуляции сердечно-сосудистой системы (21,93%). У 9-летних детей фактор характеризует продольные параметры соматического развития (24,45% дисперсии). Обхватные размеры тела описываются данным фактором в 10-летнем возрасте (23,28%); 3) фактор 3 составляет около 12% дисперсии, отсутствует у 10-летних детей ДС. В возрасте 8 и 9 лет характеризует гемодинамические (8 лет) и вегетативно-гемодинамические (9 лет) параметры. Таким образом, процедурами факторного анализа выявлена специфика морфофункциональных взаимодействий в начале периода второго детства, связанная с конституциональной типологией. К 10-летнему возрасту характер факторной структуры имеет схожее происхождение у пар соматотипов: АС-ТС, МС-ДС.

Реактивность параметров ВСР у детей с различными соматотипами в состоянии когнитивного напряжения зависит от поло-возрастных особенностей. Направление вегетативных сдвигов во время нагрузки связано с фоновым уровнем активности (Ситдиков Ф.Г., Шайхелисманова М.В., 2006). Наиболее

типичный вариант реагирования на когнитивную задачу характеризуется снижением общей мощности спектра, за счёт уменьшения высокочастотного компонента и усиления симпатической активности, сопровождается ростом централизации ритма. Данный вариант встречается у 19,4% всех обследованных нами детей. Важным является учёт динамики отдельных спектральных составляющих модуляции ритма, т.к. одна и та же ЧСС может быть достигнута различными перестановками в звеньях регуляции (Лаврова Н.Ю., 2003).

Процедурой кластеризации установлены варианты реактивности вегетативного обеспечения сердечного ритма на когнитивную нагрузку. Показано, что у 59,3% детей в периоде второго детства варианты реактивности параметров вегетативного гомеостаза в состоянии когнитивного напряжения могут быть сведены к 6 кластерам (табл. 1). Преобладающий вариант реакции параметров кардиоритма на когнитивную деятельность характеризуется снижением общей модуляции спектра ритма сердца, за счёт отрицательного прироста высокочастотного компонента, симпатическая активность усиливается, растёт централизация ритма, в итоге наблюдается увеличение ЧСС. Учитывая степень преобладания центрального контура регуляции работы миокарда над автономным, выделенные варианты можно дифференцировать на группы: 1) усиление степени централизации ритма (вероятно последствия психоэмоционального напряжения - кластеры 1-3 и 5; 2) ослабевание центральных эрготропных и/или гуморально-метаболических влияний и усиление степени автономности ритма — кластер 4; 3) отсутствие изменений в управлении хронотропной функции миокарда со стороны высших вегетативных центров (центральный контур управления) - кластер 6 (Михайлов В.М., 2000; Баевский P.M., 2002).

Таблица 1

Варианты реактивности параметров ВСР у детей 8-10 лет в процессе

когнитивного напряжения

№ кластера TP ин LF HF Распространение в выборке, %

1 - + + _ 19,4

2 - + - + 10,9

3 - + = - 9,5

4 + - + - 9,5

5 = + + - 5,0

6 + = + - 5,0

Примечание: обозначены направления изменений показателей в процессе когнитивной деятельности по сравнению с фоновыми значениями «+» -увеличение, «-»- уменьшение, «=» - значение не изменилось.

Выявлено, что реактивность параметров кардиоритма в процессе когнитивной деятельности связана с функциональными характеристиками (исходный вегетативный тонус и функциональное состояние). У детей со значительно сниженным и удовлетворительным функциональным состоянием высокую долю в выборке представляли наименее оптимальные варианты

реакции в состоянии когнитивного напряжения (кластеры 2 и 3). Распространённость таких неадаптивных вариантов уменьшается в выборке детей со сниженным и удовлетворительным функциональным состоянием. Оптимальные типы реакций 4 и 6 представлены больше в группе детей с высоким функциональным состоянием.

В 8-летнем возрасте реакция на умственное напряжение более выражена у девочек ТС и мальчиков АС. Характер изменений параметров вегетативного обеспечения миокарда неодинаков: при более выраженных изменениях ВСР у девочек ТС во время выполнения нагрузки, у мальчиков АС отмечается наличие следовых реакций в восстановительном периоде. В частности, ИН у детей-астеников возрастает после двухминутного периода восстановления на 42,52% (р=0,030) по сравнению с фоном. Оптимальную реакцию на когнитивную нагрузку демонстрируют дети МС. Наименьшее воздействие данного вида нагрузки установлено для детей ДС, однако, при низких фоновых значениях параметров ВСР, восстановительный период становится более затяжным. Распределение вариантов реакции вегетативного обеспечения ритма сердца на умственную нагрузку демонстрирует неоднородность в зависимости от типа соматической конституции. Во всех группах соматотипов доминирует кластер 1 (30,5-34,1%). Высокая доля энергоёмких вариантов (2,3) наблюдается в группе детей АС (40%), наименьшее число таких вариантов встречается у детей ДС (20%). Отмечается некоторая тенденция увеличения доли оптимальных вариантов (4 и 6) у детей ДС (рис.1).

АС ТС МС ДС

соматотипы

□ оптимальные варианты ^неоггошальные варианты

Рис. 1. Распределение вариантов реакции параметров кардиоритма на когнитивную деятельность в группах соматотипов

Кластеризацией установлены варианты восстановительной динамики параметров ВСР после выполнения когнитивной задачи (табл. 2). Положительная реактивность после выполнения функциональной пробы характеризуется возвращением значений рассматриваемых параметров к исходному уровню в состоянии спокойного бодрствования.

Таблица 2

Варианты восстановительной динамики параметров ВСР у детей 8-10 _лет после когнитивной деятельности__

№ кластера ТР ин и от Распространение в выборке, %

1 - + - + 18,7

2 - + + - 33,7

3 = + = - 6,0

4 = - - + 13,3

5 - + = = 21,1

6 = = = = 7,2

Примечание: обозначены направления изменений показателей в восстановительный период после когнитивной деятельности по сравнению с фоновыми значениями «+» - увеличение, «-» - уменьшение, «=» - значение не изменилось.

Такой вариант реакции наблюдается у 22,18% детей. В большинстве случаев полного восстановления параметров ВСР не происходит: у 21,83% детей наблюдается увеличение степени централизации регуляторных механизмов, повышение модуляции ритма сердца, за счёт медленноволнового компонента. Степень централизации сердечного ритма при выполнении умственной задачи в значительной степени определяется исходным вегетативным статусом (г=0,8; р<0,01) и гемодинамическими характеристиками. Взаимосвязь варианта реактивности ВНС в восстановительном периоде и соматотипа установлена на уровне 1=0,18 (р<0,05). Наибольшая доля вариантов с полным восстановлением параметров кардиоритма после когнитивной деятельности (кластеры 4 и 6) у детей АС и ТС (36,8% и 25,1% соответственно), наименьшим числом таких вариантов характеризуются дети ДС (15,4%). Самая высокая доля вариантов восстановительной динамики с наличием «следовых» реакций (кластеры 1 и 2) отмечается в группе детей ДС и составляет 66,6% (рис. 2).

АС ТС мс ДС

соматотипы

^полное восстановление □ отсроченные реакции

Рис. 2. Распределение вариантов реакции параметров кардиоритма после выполнения когнитивной задачи в группах соматотипов

Можно предположить, что прослеживаются 2 стратегии реализации адаптивных механизмов в состоянии когнитивной деятельности: 1) связана с вовлечением в функциональную систему обеспечения вегетативных реакций преимущественно гемодинамических показателей и наблюдается у детей АС и ТС; 2) обусловлена значительной связью гармоничности морфологического развития и степени автономности вегетативных влияний. Характеризуется наличием обширных взаимосвязей с антропометрическими показателями у детей МС и ДС.

Результаты возрастной динамики параметров ВСР в состоянии когнитивного напряжения в зависимости от соматотипа демонстрируют различия с изменением показателей в состоянии спокойного бодрствования. Анализ полученных данных позволяет судить о том, что качественные преобразования в параметрах вегетативного гомеостаза в когнитивном состоянии у девочек наблюдаются в возрастном периоде 8-9 лет, а у мальчиков в 9-10 лет. В частности, у девочек ТС годовая динамика степени вариативности ритмограммы (80№>Г) в процессе счёта в уме характеризуется положительным ростом на 27,27% (р=0,031), у мальчиков в этом возрастном периоде отмечается отрицательный рост 8,89%, однако за 1 год (9-10 лет) прирост этого показателя у них компенсируется и становится 29,97% (р=0,031), тогда как у девочек за этот же возрастной период достоверных изменений не наблюдается. Аналогичным образом происходит изменение и других показателей в этой группе. Подобной тенденции в группах других соматотипов не установлено (рис, 3).

300

250 200 150

о4-

я

В 100

о.

Б

а 50

о

-50 -100

* =

Ш

К

ЕЗ мальчики □ девочки

-9 лет 9-10лет 8-9 лет 9-10 лет 8-9 лет 9-10 лет

ТС

МС

Дс

Рис. 3. Годовая динамика ТР в процессе когнитивной деятельности Примечания: показаны достоверные приросты относительно предыдущего возраста, «*» - у девочек, при р<0,05; «#» - у мальчиков, при р<0,05.

Девочки МС характеризуются незначительным числом возрастных изменений параметров ВСР в состоянии когнитивного напряжения, в отличие от мальчиков. Установлено, что в процессе когнитивной деятельности у девочек МС во всех рассматриваемых возрастных периодах происходило снижение вариативности ритмограммы (р№450) на 39,73-24,85% (р=0,025), за счёт усиления регуляторных влияний со стороны симпатического звена ВНС, особенно в 8-9 лет (146,70%; р=0,010). Мальчики МС характеризуются положительными приростами временных и спектральных характеристик сердечного ритма в возрастном периоде 9т 10 лет. Мальчики ДС характеризуются схожими с МС положительными изменениями вегетативного гомеостаза в возрастном этапе 9-10 лет. Особенно это связано с выраженным усилением модуляции спектра (252,22%; р<0,05) за счёт всех частотных компонент. Различия между соматотипами слабо выражены и наблюдаются, в частности, у мальчиков крайних типов конституции по продолжительности сердечного цикла (Я-Я) в 9-10 лет: когнитивное напряжение у детей ДС вызывает прирост ИКЫЫ на 10,23%, тогда как у ТС снижение около 3% (р<0,05). Адаптация автономного контура регуляции в процессе умственной деятельности у девочек ТС проявляется в большей степени (отрицательный прирост ИН 40,40%), чем у МС (около 1%; р=0,040).

ВЫВОДЫ

1. Наиболее устойчивая компонентная структура взаимодействий антропометрических и функциональных параметров развития формируется у детей мышечного соматотипа. Генеральным фактором во всех возрастных группах у детей мышечного соматотипа является вегетативное обеспечение сердечно-сосудистой системы. Наименее устойчивая факторная структура взаимодействий характерна для детей дигестивного соматотипа. Физическое развитие детей дигестивного соматотипа наиболее комплексно отражает показатель гармоничности морфологического развития. Уровень гармоничности морфологического развития снижается от астенического к дигестивному соматотипу. В разных возрастных группах детей торакального и мышечного соматотипов доля с гармоничным развитием составляет от 54,7 до 69,7%.

2. Типологические различия параметров вегетативной регуляции сердечного ритма связаны с низкими значениями временных и спектральных характеристик кардиоритма у детей дигестивного соматотипа, по сравнению с другими типами конституции. Установлена высокая степень централизации и низкий вклад парасимпатикотонических влияний на модуляцию работы миокарда у детей данной группы. Половые различия установлены для мышечного соматотипа и характеризуются низкими параметрами ритмограммы у мальчиков по сравнению с девочками.

3. Значительные изменения параметров вариабельности ритма сердца наблюдаются в возрастной период 9-10 лет. У детей астенического соматотипа к 10 годам усиливается симпатический вклад в структуру спектра. Положительная динамика, с ростом степени вариативности ритмограммы, характерна для детей

дигестивного соматотипа. Снижение значений параметров вегетативной регуляции сердечного ритма установлено у девочек мышечного соматотипа к 10 годам.

4. Реактивность параметров ВСР у детей с различными соматотипами в состоянии когнитивного напряжения зависит от поло-возрастных особенностей. Реакция на умственное напряжение со стороны вегетативной регуляции ритма сердца более выражена у девочек, чем у мальчиков. Выделены варианты реактивности вегетативного гомеостаза в процессе умственного напряжения. При этом тип реакции в процессе когнитивной деятельности связан функциональными характеристиками (исходный вегетативный тонус, функциональное состояние). Наибольшее влияние умственного напряжения на регуляторные механизмы кардиоритма характерно для детей астенического и торакального соматотипов.

5. Выделены варианты реактивности вегетативной регуляции сердечного ритма в восстановительном периоде. Тип восстановительной динамики связан с антропометрическими параметрами морфологического развития (размерами грудной клетки, продольными размерами нижней конечности и её сегментов). Установлены отсроченные реакции на когнитивную деятельность, которые в большей степени проявляются в группе детей дигестивного соматотипа.

6. Качественные преобразования параметров вегетативного гомеостаза в когнитивном состоянии наблюдаются у девочек в возрастном периоде 8-9 лет, у мальчиков - в 9-10 лет. Выявлена специфичность становления адаптивных реакций к когнитивной деятельности у мальчиков торакального соматотипа. Становление регуляторных механизмов завершается на 1 год позже, чем у девочек торакального соматотипа.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Морфофункциональный статус городских и сельских школьников Архангельской области / Н.В. Звягина, Т.С. Копосова, С.Ф. Лукина, Л.В. Морозова, А.П. Репина, Л.В. Соколова, И.С. Чуб // Здоровая образовательная среда -здоровое поколение: материалы Всерос. с междунар. уч. научно-практ. конф. -Тюмень, 2009. - С. 97-102.

2. Лукина С.Ф. Морфофункциональный статус мальчиков-подростков Архангельской области / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб // Вестник Уральской медицинской академической науки. - Екатеринбург, - 2009. - № 2 (24) -С. 263-265.

3. Чуб, И.С. Зависимость функциональных возможностей организма 8-летних школьников от конституционального типа телосложения в процессе когнитивной деятельности / И.С. Чуб // Актуальные проблемы физиологии человека на Севере: материалы I Per. молодежи, научно-практ. конф. -Архангельск, - 2010. - С. 113-116.

4. Чуб, И.С. Адаптационные возможности организма 8-летних школьников в процессе когнитивной деятельности / И.С. Чуб, С.Ф. Лукина // В мире научных открытий, часть 14. - 2010. - № 4. - С. 108-109.

5. Чуб И.С. Особенности адаптации вегетативной регуляции ритма сердца к когнитивным нагрузкам у детей 7-8 лет разноурбанизированных районов Архангельской области / И.С. Чуб // Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике: материалы X Всерос. молодёжи, научн. конф. инст. физиологии Коми научн. центра УрО РАН. - Сыктывкар: Изд-во ин-та физиологии Коми НЦ УрО РАН, 2011. - С. 243-247.

6. Лукина С.Ф. Адаптация вегетативной регуляции сердечного ритма к учебной нагрузке у младших школьников Приполярного региона / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб // XXI съезд Физиологического общества имени И.П. Павлова: тез. докл. конф. - Калуга, - 2010. - С. 678-678.

7. Лукина С.Ф. Вариабельность ритма сердца у детей 8-10 лет с различными типами соматической конституции в процессе когнитивной деятельности / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные науки» - 2011. - № 1. - С. 63-70.

8. Лукина С.Ф. Особенности вегетативной регуляции сердечного ритма у школьников 7-10 лет/С.Ф. Лукина, И.С. Чуб //Ребёнок в условиях Европейского Севера, моногр. - Berlin: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011.-C. 85-95.

9. Чуб И.С. Особенности вегетативной регуляции сердечного ритма у школьников 7-10 лет, проживающих на территории Архангельской области / И.С. Чуб, С. Ф. Лукина // Вариабельность сердечного ритма: материалы Всерос. научно-практ. конф. с междунар. уч. Чувашгоспедуниверситет Чебоксары, 2011. -С. 210-215.

10. Лукина, С.Ф. Оценка психофизиологического статуса методом кардиоритмографии / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб // Пятая международная конференция по когнитивной науки: тезисы докладов: Калининград, 18-24 июня 2012 г. - Калининград, 2012. - С. 493-495.

11. Лукина, С.Ф. Антропометрические особенности морфологического развития детей 8-10 лет с различными вариантами морфологической конституции / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб, А.П. Репина // Вестник новых медицинских технологий. - 2012. - № 4. - С. 195-198.

12. Лукина С.Ф. Вегетативная реактивность в процессе когнитивной деятельности у детей разных соматотипов / С.Ф. Лукина, И.С. Чуб // XXII съезд Физиологического общества имени И.П. Павлова: тез. докл. конф. - Волгоград, -2013.-С. 308-308.

Подписано в печать 01.07.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2743

Издательский дом САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Чуб, Игорь Сергеевич, Архангельск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

04201460767 На правах рукописи

ЧУБ ИГОРЬ СЕРГЕЕВИЧ

ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ПРОЦЕССЕ КОГНИТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У ДЕТЕЙ РАЗНЫХ

СОМАТОТИПОВ

03.03.01 - физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат педагогических наук, доцент Лукина Светлана Федоровна

Архангельск - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Список сокращений и условных обозначений.............................. 3

Введение........................................................................... 5

Глава 1. Морфологические и функциональные особенности организма детей младшего школьного возраста в процессе адаптации к систематическому обучению в школе....................................... 12

1.1 Особенности адаптации детского организма к умственной работе............................................................................... 12

1.2 Современные тенденции морфофункционального развития детей в период второго детства................................................ 21

1.3. Конституциональные особенности детского организма.... 27 Глава 2. Организация и методы исследования.......................... 36

2.1. Организация и контингент исследования...................... 36

2.2. Методы исследования............................................... 37

2.3. Статистическая обработка данных............................. 47

Глава 3. Результаты исследования и обсуждение.......................... 49

3.1. Соматотипологические особенности морфологического развития детей..................................................................... 49

3.2. Функциональное состояние системы кровообращения у детей с различным телосложением............................................... 62

3.3. Компонентная структура взаимодействий антропометрических и функциональных параметров у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции...................................... 73

3.4. Вариабельность ритма сердца у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции в процессе когнитивной деятельности....................................................................... 79

3.5. Кластерный анализ параметров ВСР в процессе выполнения когнитивной задачи.............................................................. 90

Заключение.......................................................................... 100

Выводы.............................................................................. 106

Список литературы................................................................ 108

Приложение......................................................................... 131

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Amo Амплитуда моды %

HF высокочастотные волны мс2, %

LF низкочастотные волны мс2, %

Ме медиана R-R мс

pNN50 число последовательных интервалов,

различающихся на 50 мс %

Рср.д. среднее динамическое артериальное

давление мм.рт.ст.

RRNN среднее межинтервальное расстояние мс

ТР общая мощность спектра мс2

VLF очень низкочастотные волны мс2, %

ВСР вариабельность сердечного ритма

ДД диастолическое артериальное

давление мм.рт.ст. Дт длина тела см ИГМР индекс гармоничности морфологического развития усл.ед. ИМТ индекс массы тела усл.ед. ИН индекс напряжения усл.ед. ИР индекс Руфье усл.ед. КИГ кардиоинтервалография МОК минутный объём кровообращения мл, л Мт масса тела кг ПД пульсовое давление мм.рт.ст. ПлД плечевой диаметр см ППТ площадь поверхности тела м2 ПСС периферическое сосудистое дин. * с. *

сопротивление см"5

СД систолическое артериальное давление мм.рт.ст.

СДГК сагиттальный диаметр грудной клетки см

СИ сердечный индекс л/м /мин.

ТД тазовый диаметр см

УО систолический (ударный) объём

кровообращения мл

УПСС удельное периферическое сосудистое дин. * с. *

5 2

сопротивление см"/м

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Важнейшим этапом онтогенеза человека является период второго детства, характеризующийся многочисленными перестройками в функциональных системах организма [26, 12, 87, 45]. На этот возрастной период приходится поступление детей в школу, где появляется новый стрессорный фактор - систематическое обучение. В условиях Европейского Севера России морфофункциональный статус ребенка испытывает сочетанное воздействие комплекса специфических эколого-климатических условий окружающей среды и школьных «стрессовых» факторов.

Многообразие возможных вариантов реакции физиологических систем на различного рода воздействия связано с конституциональной неоднородностью популяции человека [28]. Как отмечает И.Н. Герасимова (2008), сформировавшийся в возрастной физиологии конституционный подход подразумевает однотипность ответных реакций организма на нагрузки различного характера у детей, в зависимости от соматотиполо-гических характеристик [28]. На протяжении всего XX и начала XXI века наблюдался повышенный интерес отечественных и зарубежных авторов к исследованию адаптации детей, в зависимости от типа соматической конституции, анализ соматотипологических структур выборок в данных исследованиях демонстрирует доминирование торакального и мышечного соматотипа [73, 63, 28, 186, 188, 217, 167]. Сформировалось представление об «адаптивном типе» [139], при этом по данным одних авторов наибольшей степенью адаптивности обладает мышечный соматотип [140, 149], по другим данным - торакальный [81]. Результаты исследования С.Г. Кривощёкова и Н.В. Мозолевской показывают значительное напряжение кардиореспираторной системы у эндоморфов по сравнению с другими типами конституции [68]. В то же время, анализ вегетативной регуляции на соматотипологической основе, проведённый Л.Д. Цатурян

(2004) выявил состояние «критического напряжения» у 30% здоровых мальчиков торакального соматотипа [140]. Параметры физического развития являются надёжными маркерами успешности адаптации. Имеются данные литературы о наличии связи антропометрических параметров новорожденных детей и степени риска гипертонии и низкой устойчивости к нагрузкам в периоде второго детства [165, 207].

Комплексные исследования, проведённые отечественными физиологами, отмечают несоответствие функциональных возможностей организма ребёнка возрастающим школьным требованиям [40, 36, 129, 156]. Поступление ребёнка в начальную школу сопряжено с незаконченностью становления регуляторных механизмов контроля над висцеральными функциями, под влиянием которых осуществляются приспособительные реакции к факторам среды. Результатом адаптации к различным внешним воздействиям является качественная перестройка нейроэндокринных взаимоотношений звеньев регуляции. Известно, что значительной лабильностью и реактивностью в таких условиях является вегетативная нервная система [201, 218]. Изучению адаптации к умственной нагрузке посвящено большое число научных работ [18, 85, 22, 87, 189, 176, 208]. Именно когнитивная деятельность, особенно в условиях лимита времени является наиболее сильно действующим «стрессогенным» фактором школьной среды. Так, установлено, что одним из указателей напряжения физиологической системы на нерациональную школьную нагрузку является повышенный симпатический тонус и усиление централизации сердечного ритма [69]. Исследования С.Г. Кривощёкова (2007) демонстрируют усиление напряжения вегетативных механизмов регуляции сердечнососудистой деятельности, которое проявляется в периоды наибольшего расхождения приростов морфометрических и функциональных показателей [68]. Определение вариабельности кардиоритма представляет собой удобный и информативный инструмент оценки степени напряжения веге-ч тативного обеспечения функций. Тем не менее, исследований, направлен-

ных на выявление индивидуально-типологических реакций вегетативного гомеостаза в динамике учебного года у детей, имеющих разные сомато-типы, недостаточно. Дефицит исследований наблюдается в изучении комплексного взаимодействия компонентной структуры соматотипов и функционирования висцеральных систем в обеспечении адаптивных механизмов.

Исследование особенностей реакции вегетативной нервной системы организма на когнитивное напряжение у детей с различными вариантами соматической конституции представляет особый интерес возрастной физиологии, указывающий на необходимость внедрения индивидуально-типологического подхода образовательных технологий в начальной школе.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования - выявить особенности вегетативной регуляции сердечного ритма в процессе адаптации к когнитивной нагрузке у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции.

Для реализации цели работы поставлены следующие задачи:

1. Оценить особенности морфофункциональных взаимодействий, обусловленных конституциональной типологией, у детей 8-10 лет.

2. Установить динамику параметров вариабельности ритма сердца у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции за годовой период в состоянии спокойного бодрствования.

3. Определить реактивность параметров вегетативного обеспечения сердечного ритма у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции в процессе когнитивной деятельности и в периоде восстановления.

4. Выявить особенности динамики параметров вариабельности ритма сердца у детей 8-10 лет с различными вариантами соматической конституции за годовой период в процессе когнитивной деятельности.

Положения, выносимые на защиту:

1. Компонентная структура взаимодействий антропометрических, гемодинамических характеристик и показателей вегетативного обеспечения сердечного ритма взаимосвязана с типом конституции.

2. Тип реакции вегетативного обеспечения сердечного ритма в состоянии когнитивного напряжения у детей определяется функциональными параметрами, а реакции вегетативного обеспечения сердечного ритма в восстановительный период после когнитивной деятельности взаимосвязаны с антропометрическими характеристиками морфофункцио-нального статуса.

3. Распределение вариантов реактивности регуляторных механизмов в процессе когнитивной нагрузки и в восстановительном периоде неоднородно в группах соматотипов.

Новизна исследования. Впервые установлена неоднородность в реакциях вегетативного обеспечения ритма сердца на умственную нагрузку у детей в зависимости от пола, возраста и типа конституции. Выявлена разнонаправленность вегетативных реакций регуляции сердечного ритма в восстановительном периоде после выполнения когнитивной деятельности в зависимости от соматотипа. Определены стратегии реализации адаптивных механизмов вегетативных реакций в процессе когнитивной деятельности: одна связана с вовлечением в функциональную систему гемодинамических параметров и характерна для астенического и торакального соматотипов, другая — опосредована влиянием гармоничности морфологического развития и степени автономности вегетативных влияний и наблюдается у детей мышечного и дигестивного соматотипов. Наибольшее влияние когнитивной деятельности на регуляторные механизмы кардиоритма характерно для детей астенического и торакального соматотипов. Установлены отсроченные реакции вегетативного обеспе-

чения сердечного ритма на когнитивную деятельность, которые в большей степени проявляются в группе детей дигестивного соматотипа.

Научно-практическая значимость исследования. Полученные результаты антропометрического и кардиоритмографического исследования детей в эколого-климатических условиях Европейского Севера позволят расширить представления в возрастной физиологии об индивидуально-типологической неоднородности ответных реакций детского организма на когнитивную нагрузку. Выявлено, что реактивность ВНС по спектральным характеристикам ритма в процессе решения умственных задач определяется фоновым значением степени централизации хронотропной функции сердца, независимо от половозрастных и соматотипологических особенностей организма. Факторный анализ позволил установить специфику морфофункциональных взаимодействий в периоде второго детства, обусловленную конституциональной типологией. Установлена взаимосвязь компонентной структуры морфофункционального статуса и реализации адаптации к когнитивной деятельности.

Диссертационное исследование поддержано проектами №№ 2.2.3.3/4704 и 2.2.3.3/9834 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2012)»; государственным заданием Министерства образования и науки РФ проект № 4.5918.2011 «Системная организация когнитивной деятельности человека».

Результаты исследования используются при планировании и организации учебной деятельности и коррекционной работы с учащимися МБОУ СОШ № 50 (акт внедрения от 23.05.2014), в преподавании курсов «Возрастная психофизиология», «Биология человека», «Экология человека», «Человек» для студентов биологических и психолого-педагогических специальностей в институте естественных наук и биомедицины САФУ имени М.В. Ломоносова (акт внедрения от 23.05.2014).

Полученные результаты могут быть использованы для планирования занятий начальной школы, групп продлённого дня, а также для организации профилактических и оздоровительных мероприятий с детьми. Выводы работы могут быть использованы при подготовке методических рекомендаций и пособий для педагогов, психологов и медицинских работников.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Здоровая образовательная среда - здоровое поколение» (Тюмень, 2009); XXI Съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова (Калуга, 2010); on-line на форуме II Всероссийской научной конференции «Научное творчество XXI века» (Краснодар, 2010); I Региональной молодёжной научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии человека на Севере» (Архангельск, 2010); X и XI Всероссийской молодёжной научной конференции Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2011-2012); XIII и XIV Ломоносовских научных чтениях студентов, аспирантов и молодых учёных (Архангельск, 2011, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Вариабельность ритма сердца» (Чебоксары, 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Формирование культуры здоровья как основы развития здоровой личности в условиях инновационного образовательного процесса» (Тюмень, 2012); V международной конференции по когнитивной науке (Калининград, 2012); XXII Съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова (Волгоград, 2013); заседании Архангельского отделения Физиологического общества имени И.П. Павлова (Архангельск, 2012, 2014), заседаниях кафедры физиологии и морфологии человека САФУ имени М.В. Ломоносова (2011 -2014).

и

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, состоит из введения, трёх глав, заключения, выводов и приложения. Работа иллюстрирована 14 таблицами и 17 рисунками. Библиографический список включает 220 литературных источников (из них 156 отечественных и 64 зарубежных авторов).

Личный вклад соискателя состоит во включённом участии на всех этапах процесса: сбор, анализ и интерпретация практических результатов, обзор литературы, апробация работы.

ГЛАВА 1. Морфологические и функциональные особенности организма детей младшего школьного возраста в процессе адаптации к систематическому обучению в школе

1.1. Особенности адаптации детского организма к умственной

работе

Период обучения в начальной школе приходится на один из важнейших, критических этапов онтогенеза человека. Известно, что «напряжённость» прохождения пубертатного периода и дальнейшая жизнь напрямую зависят от степени благополучия завершения периода второго детства. Младший школьный возраст характеризуется резкими морфологическими и функциональными перестройками организма, которые создают дополнительное напряжение на физиологические системы, обеспечивающие адаптацию к условиям среды. Успешность выполнения учебных программ ребёнком напрямую зависит от состояния здоровья и уровня адаптационных резервов. Психолого-педагогические исследования показывают, что на этапе поступления в школу каждый пятый ребёнок может быть отнесён к группе риска, и число таких детей за период обучения в начальной школе увеличивается до 20-30% [171, 74, 42,213]. По данным Центра здоровья детей и подростков АМН около 90% детей имеют те или иные отклонения в состоянии здоровья, 30-35% поступающих в школу детей - хронические заболевания. Заболеваемость детей и подростков за последнее 10-летие возросла почти на 50%, а количество заболеваний, ограничивающих выбор профессий, у юношей и девушек трудоспособного возраста увеличилось на 30% [153]. Экстремальные климато-экологические и социально-�