https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3973
УДК 612.2
Влияние ментального стресса на параметры паттерна дыхания у студентов с разной циркадианной типологией
О.А. Ведясова, С.И. Павленко, И.Г. Кретова
ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королёва», г. Самара, Россия
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Цель работы — анализ реакций внешнего дыхания у студентов с разными хронотипами в условиях ментального стресса, создаваемого информационной нагрузкой, в утренние, дневные и вечерние часы.
Материалы и методы. Обследовано 160 студентов (38 «жаворонков», 64 «голубя» и 58 «сов»). Циркадианную типологию (хронотипы) определяли по методике Д. Хорна — О. Эстерберга в модификации А.А. Путилова. Паттерн внешнего дыхания регистрировали методом спирографии до и сразу после выполнения ментальной нагрузки (тестов на внимание и счет в уме) утром с 7.30 до 9.00 ч, днем с 13.00 до 14.30 ч и вечером с 18.00 до 19.30 ч. Оценивали изменения объемных и частотных параметров паттерна дыхания.
Результаты. Наиболее выраженные изменения паттерна дыхания при ментальном стрессе отмечались у студентов-«жаворонков» в утренние часы, когда у них увеличивалась частота дыхания (ЧД), но уменьшался минутный объем дыхания (МОД) за счет снижения дыхательного объема (ДО), и днем, когда МОД увеличивался за счет отклонений частотных параметров спирограмм. Второе место по выраженности респираторных реакций занимали «голуби», у которых отмечалось увеличение ЧД и значимое уменьшение МОД, обусловленное снижением ДО, при стресс-нагрузке в дневные часы. У студентов-«сов» наблюдались незначительные вариации МОД при ментальной деятельности утром и вечером.
Заключение. Полученные данные свидетельствуют о специфике регуляторных влияний на внешнее дыхание и неодинаковой степени стабильности базальных паттернов дыхания в условиях ментального стресса у представителей с разными хронотипами.
Ключевые слова: паттерн внешнего дыхания, ментальный стресс, студенты, хронотипы.
Литература
1. Арушанян Э.Б., Попов А.В. Современные представления о роли супрахиазматических ядер гипоталамуса в организации суточного периодизма физиологических функций. Успехи физиологических наук. 2011; 42 (4): 39–58.
2. Metcalfe D. Entrainment of the circadian clock in humans: mechanism and implications for sleep disorders. The Premier Journal for Undergraduate Publications in the Neurosciences. 2004; 1 (1): 1–11.
3. Путилов А.А. «Совы», «жаворонки» и другие. О наших внутренних часах и их влиянии на здоровье и характер. М.: Совершенство; Новосибирск: Издательство Новосибирского университета; 1997. 264.
4. Bielen J., Melada A., Markelic I. Depression and circadian typology. Psychiatr. Danub. 2015; 27 (2): 190–192.
5. Hughes A.T., Piggins H.D. Disruption of daily rhythms in gene expression: the importance of being synchronised. Bioessays. 2014; 36 (7): 644–648. URL: https://www.bioessays-journal.com (дата обращения: 12.05.2016). DOI 10.1002/bies.201400043.
6. Silver R., Rainbow M. The suprachiasmatic nucleus and the circadian timekeeping system of the body. In: Pfaff D.W., ed. Neuroscience in the 21st Century. Springer Science-Business Media, LLC; 2013: 1847–1888. URL: https://www.researchgate.net/publication/278654601_The_Suprachiasmatic_ Nucleus_and_the_Circadian_Timekeeping_System_of_the_Body (дата обращения 14.05.2016). DOI 10.1007/978-1-4614-1997-6_66.
7. Панихина А.В. Физиологические особенности адаптации студентов-первокурсников к условиям обучения в вузе. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2011; 151 (3): 248–250.
8. Демидова М.М., Тихоненко В.М. Циркадная ритмика показателей вариабельности сердечного ритма у здоровых обследуемых. Вестник аритмологии. 2001; 23: 61–66.
9. Dibner C., Schibler U. Circadian timing of metabolism in animal models and humans. J. Intern. Med. 2015; 277 (5): 513–527.
10. Martinez-Lozano Sinues P., Tarokh L., Li X., Kohler M., Brown S.A., Zenobi R., Dallmann R. Circadian variation of the human metabolome captured by real-time breath analysis. PLoS One. 2014; 9 (12): 1–16. URL: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0114422 (дата обращения: 11.05.2016). DOI: 10.1371/journal.pone.0114422.
11. Sinues P.M., Kohler M., Zenobi R. Monitoring diurnal changes in exhaled human breath. Anal. Chem. 2013; 85 (1): 369–373.
12. Dallmann R., Brown S.A., Gachon F. Chronopharmacology: new insights and therapeutic implications. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2014; 54: 339–361.
13. Schwarzacher S.W., Rueb U., Deller T. Neuroanatomical characteristics of the human pre-Bötzinger complex and its involvement in neurodegenerative brainstem diseases. Brain. 2011; 134: 24–35.
14. Widjaja D., Orini M., Vlemincx E., Van Huffel S. Cardiorespiratory dynamic response to mental stress: a multivariate time-frequency analysis. Comput. Math. Methods Med. 2013: 1–12. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/451857 (дата обращения: 10.05.2016). DOI: 10.1155/2013/451857.
15. Гришин О.В. Психогенная одышка и гипервентиляционный синдром: монография. Новосибирск: Манускрипт; 2012. 224.
16. Masaoka Y., Izumizaki M., Homma I. Where is the rhythm generator for emotional breathing? Prog Brain Res. 2014; 209: 367–377. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B97804446327 46000199 (дата обращения: 11.05.2016). DOI: 10.1016/B978-0-444-63274–6.00019–9.
17. Guilding C., Piggins H.D. Challenging the omnipotence of the suprachiasmatic timekeeper: are circadian oscillators present throughout the mammalian brain? Eur. J. Neurosci. 2007; 25: 3195–3216.
https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3973
INFLUENCE OF MENTAL STRESS ON BREATHING PATTERN PARAMETERS in STUDENTS WITH DIFFERENT CIRCADIAN TYPOLOGY
O.A. Vedyasova, S.I. Pavlenko, I.G. Kretova
Academician Korolev Samara National Research University, Samara, Russia
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
The work objective is to analyze external breathing reactions in students with different chronotypes under mental stress generated by an information load in the morning, in the afternoon and in the evening.
Materials and Methods. A total of 160 students were examined (38 «larks», 64 «doves» and 58 «owls»). Circadian rhythms (chronotypes) were determined by the morningness-eveningness questionnaire (MEQ), developed by James A. Horne and Olov Östberg (A.A. Putilov's version). Spirography test was used to record external respiration just before and after cognitive load (attention tests and mental arithmetic) in the morning (from 7:30 to 9:00), in the afternoon (from 13:00 to 14:30) and in the evening (from 18:00 to 19:30). The changes of volume and frequency parameters of breathing pattern were evaluated.
Results. The most significant changes in breathing pattern at cognitive loads were observed in «larks» in the morning and in the afternoon. In the morning their respiratory frequency increased but their respiratory minute volume decreased due to tidal volume reduction. In the afternoon their respiratory minute volume increased due to deviations of spirogram frequency parameters. «Doves» occupied the second place in the variability of respiratory reactions. In this group the authors observed the increase of respiratory frequency and significant decrease of respiratory minute volume caused by tidal volume reduction during daytime cognitive loads. Insignificant variations of respiratory minute volume at cognitive loads were observed among «owls» in the morning and in the evening.
Conclusion. The data obtained indicate the specificity of regulatory influence on external breathing and the variability of basal breathing patterns under cognitive loads in students with different chronotypes.
Keywords: breathing pattern, cognitive loads, students, chronotypes.
References
1. Arushanyan E.B., Popov A.V. Sovremennye predstavleniya o roli suprakhiazmaticheskikh yader gipotalamusa v organizatsii sutochnogo periodizma fiziologicheskikh funktsiy [Reсent data about the role of hypothalamic suprachiasmatic nucleus in circadian organization of physiological functions]. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 2011; 42 (4): 39–58 (in Russian).
2. Metcalfe D. Entrainment of the circadian clock in humans: mechanism and implications for sleep disorders. The Premier Journal for Undergraduate Publications in the Neurosciences. 2004; 1 (1): 1–11.
3. Putilov A.A. «Sovy», «zhavoronki» i drugie. O nashikh vnutrennikh chasakh i ikh vliyanii na zdorov'e i kharakter ["Owls",larks", etc. Our internal clock and its influence on health and character]. M.: Sovershenstvo; Novosibirsk: Izdatel'stvo Novosibirskogo universiteta; 1997. 264 (in Russian).
4. Bielen J., Melada A., Markelic I. Depression and circadian typology. Psychiatr. Danub. 2015; 27 (2): 190–192.
5. Hughes A.T., Piggins H.D. Disruption of daily rhythms in gene expression: the importance of being synchronised. Bioessays. 2014; 36 (7): 644–648. Available at: https://www.bioessays-journal.com (accessed: 12.05.2016). DOI 10.1002/bies.201400043.
6. Silver R., Rainbow M. The suprachiasmatic nucleus and the circadian timekeeping system of the body. In: Pfaff D.W., ed. Neuroscience in the 21st Century. Springer Science-Business Media, LLC; 2013: 1847–1888. Available at: https://www.researchgate.net/publication/278654601_The_Suprachiasmatic_Nucleus_and_the_Circadian_Timekeeping_System_of_the_Body (accessed: 14.05.2016). DOI 10.1007/978-1-4614-1997-6_66.
7. Panikhina A.V. Fiziologicheskie osobennosti adaptatsii studentov-pervokursnikov k usloviyam obucheniya v vuze [Physiology of adaptation of first-year students to studies at higher educational institutions]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny. 2011; 151 (3): 248–250 (in Russian).
8. Demidova M.M., Tikhonenko V.M. Tsirkadnaya ritmika pokazateley variabel'nosti serdechnogo ritma u zdorovykh obsleduemykh [Circadian dynamics of heart rate variability in healthy persons]. Vestnik aritmologii. 2001; 23: 61–66 (in Russian).
9. Dibner C., Schibler U. Circadian timing of metabolism in animal models and humans. J. Intern. Med. 2015; 277 (5): 513–527.
10. Martinez-Lozano Sinues P., Tarokh L., Li X., Kohler M., Brown S.A., Zenobi R., Dallmann R. Circadian variation of the human metabolome captured by real-time breath analysis. PLoS One. 2014; 9 (12): 1–16. Available at: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0114422 (accessed: 11.05.2016). DOI: 10.1371/journal.pone.0114422.
11. Sinues P.M., Kohler M., Zenobi R. Monitoring diurnal changes in exhaled human breath. Anal. Chem. 2013; 85 (1): 369–373.
12. Dallmann R., Brown S.A., Gachon F. Chronopharmacology: new insights and therapeutic implications. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2014; 54: 339–361.
13. Schwarzacher S.W., Rueb U., Deller T. Neuroanatomical characteristics of the human pre-Bötzinger complex and its involvement in neurodegenerative brainstem diseases. Brain. 2011; 134: 24–35.
14. Widjaja D., Orini M., Vlemincx E., Van Huffel S. Cardiorespiratory dynamic response to mental stress: a multivariate time-frequency analysis. Comput. Math. Methods Med. 2013: 1–12. Available at: http://dx.doi.org/10.1155/2013/451857 (accessed: 10.05.2016). DOI: 10.1155/2013/451857.
15. Grishin O.V. Psikhogennaya odyshka i giperventilyatsionnyy sindrom: monografiya [Psychogenic dyspnea and hyperventilatory syndrome]. Novosibirsk: Manuskript; 2012. 224 (in Russian).
16. Masaoka Y., Izumizaki M., Homma I. Where is the rhythm generator for emotional breathing? Prog Brain Res. 2014; 209: 367–377. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ B9780444632746000199 (accessed: 11.05.2016). DOI: 10.1016/B978-0-444-63274–6.00019–9.
17. Guilding C., Piggins H.D. Challenging the omnipotence of the suprachiasmatic timekeeper: are circadian oscillators present throughout the mammalian brain? Eur. J. Neurosci. 2007; 25: 3195–3216.