Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ ЦИРКАДИАННЫХ ЧАСОВ ЧЕЛОВЕКА В РАННИЕ УТРЕННИЕ ЧАСЫ НА ПСИХОСОМАТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Пятин В.Ф. 1, 2 Сергеева М.С. 1, 2 Коровина Е.С. 1 Кирасирова Л.А. 1
1 ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (СамГМУ)
2 Центр прорывных исследований «Информационные технологии в медицине» СамГМУ
Циркадианным регулятором у человека является максимум спектра излучения видимого света в области 480 нм, который присутствует в естественной солнечной освещенности в ранние утренние и ранние вечерние часы. Цель работы - исследовать психосоматические ответы у человека на световую экспозицию в области максимальной световой чувствительности фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки. При 5-30 мин световой экспозиции с максимумом огибающей в области 480 нм получены коротколатентные вегетативные (увеличение продолжительности кардиоинтервала, мощности и процента низкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма, уменьшение величины систолического артериального давления), психоэмоциональные (увеличение субъективной оценки самочувствия, активности, настроения) и когнитивные (увеличение значения коэффициента точности) ответы. Полученные результаты указывают на возможность быстрой коррекции вегетативного и психоэмоционального фона человека с помощью нового источника светового излучения с максимумом огибающей в области 480 нм и открывает возможности для исследования гормональных, физиологических и поведенческих ответов и их прикладного значения в лечении десинхронозов, оптимизации функционального состояния для решения задач образования и профессиональной деятельности человека.
голубой спектр света.
кардиоинтервал
вариабельность сердечного ритма (ВСР)
внимание
настроение
активность
самочувствие
циркадианная система
1. Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Широлапов И.В. Моргание как механизм контроля освещенности сетчатки и функции ее фоточувствительных ганглиозных клеток // Биомедицинская радиоэлектроника. – 2014. - № 4. Материалы X Международного междисциплинарного Конгресса «Нейронаука для медицины и психологии» и научной школы «Достижения нейронаук в начале ХХI века» – С. 67-68.
2. Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Коровина Е.С., Шалдыбина Ю.Э., Меркулова С.В. Активация проприоцептивной сенсорной системы уменьшает проявления психологического стресса у студентов // Современные проблемы науки и образования. – 2014. - № 6; URL: http://www.science-education.ru/120-15512 (дата обращения: 23.11.2014).
3. Способ нормализации циркадианных ритмов человека: пат. № 2533965 Рос. Федерации от 27.11.2014.
4. Устройство для воздействия на циркадианные часы человека: пат. №124148 Рос. Федерация от 20.01.2013.
5. Устройство для воздействия на биоритмы человека: пат. №128494 Рос. Федерации от 27.05.2013.
6. Berson D.M. Strange vision:ganglion cells as circadian photoreceptors // Trends Neurosci. – 2003. Vol. 26. №6. – P. 314-320.
7. Cajochen C., Munch M., Kobialka S., Krauchi K., Steiner R., Oelhafen P., Orgul S., Wirz-Justice A. High sensitivity of human melatonin, alertness, thermoregulation, and heart rate to short wavelength light // J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2005. Vol. 90. № 3. –Р.1311-1316
8. Lockley S.W., Brainard G.C., Czeisler C.A. High sensitivity of the human circadian melatonin rhythm to resetting by short wavelength light // J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2003. Vol. 88. № 9. –Р.4502 – 4505.
9. Rea M.S., Bierman A., Figueiro M.G., Bullough J.D. A new approach to understanding the impact of circadian disruption on human health // J. Circadian Rhythm. – 2008. Vol. 6. – P. 1-14.
10. Viola A.U., James L.M, Schangen L.M., Dijk D.J. Blue-enriched white light in the workplace improves self-reported alertness, performance and sleep quality // Scand J Work Environ Health – 2008. Vol. 34: –Р. 297–306.

Внешние циклические природные колебания освещенности воспринимаются специфическими фоторецепторными ганглиозными клетками сетчатки, которые не связаны с функцией зрения [1, 6]. Функциональная активность циркадианных фоторецепторов сетчатки взаимосвязана как со спектром света, так и уровнем освещенности.  Исследованиями показано, что максимальную чувствительность фоторецепторные ганглиозные клетки сетчатки имеют в области 480 нм. Этот спектр доминирует в утренние часы в естественной солнечной освещенности (6.00-10.00 часов утра), а также в вечернее время. Активация циркадианной системы мозга человека в этих условиях сопровождается увеличением секреции кортизола и серотонина, а также ГАМКергической и дофаминергической систем. При свете дня модулируется синтез и секреция фолитропина в передней доле гипофиза, ганстрин-рилизинг гормона и нейропептида Y, а также тиреотропина. Некоторые нейрогормоны циркадианного ритма человека секретируются только в темноте ночью в период с 22.00 до 3.00 часов: мелатонин, вазоактивный интестинальный пептид и гормон роста [9]. Поэтому если речь идет о клинически вызванном ответе на световое воздействие, то важно знать спектр источника света и «циркадианное» время экспозиции в течение дня.

В приведенных в литературе исследованиях предпринимаются попытки воздействия на циркадианные часы человека посредством световых экспозиций с длиной волны, только приближающейся к спектру максимальной чувствительности фоторецепторов циркадианной системы. Кроме того, для исследования причин десинхронозов, способов повышения эффективности когнитивных процессов при выполнении ночных работ в подавляющем большинстве исследований световая экспозиция применяется либо ночью и / или после длительного бодрствования, когда увеличена чувствительность биологической системы к свету.   

Исходя из того, что циркадианным регулятором у человека является максимум спектра излучения видимого света в области 480 нм, который присутствует в естественной солнечной освещенности в ранние утренние и ранние вечерние часы [6], нами поставлена цель исследовать психосоматические ответы у человека на световую экспозицию в области максимальной световой чувствительности фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки.    

Материал и методика

В исследовании приняло участи 28 студентов-добровольцев Самарского государственного медицинского университета в возрасте 18-20 лет в возрасте. Из этих участников рандомизированно были образованы контрольная (КГ, n=14) и экспериментальная (ЭГ, n=14) группы. Так как обучение в высшей медицинской школе сопряжено с развитием психологического стресса у студентов [2], нами проводилось исследование стиля жизни и уровня стрессоустойчивости испытуемых (тест «Стиль жизни и стрессоустойчивость», тест на учебный стресс, Бостонский тест на стрессоустойчивость).

Исследование проводилось в период с 13 января по 19 января 2015 г. в утренние часы  до восхода солнца, время которого на широте г. Самара в этот период времени года - 07:49:27 (13.01.2015 г.) и 07:43:41 (19.01.2015 г.). Освещенность комнаты на уровне глаз испытуемых составляла в среднем 135 Лк, а яркость - 400 кД/м2.  Измерение освещенности и яркости проводили с использованием прибора ТКА-ПМК (02), зарегистрированного в реестре средств измерений 24248-09 (Россия). 

Психофизиологические тестирование проводилось дважды - в начале (I этап исследования) и в конце исследования (III этап исследования). Общепринятыми методами тестирования определялись следующие психофизиологические характеристики студентов: ситуативная тревожность (тест Спилбергера - Ханина), самочувствие, активность, настроение (тест САН), параметры внимания и зрительного восприятия с помощью корректурных таблиц Анфимова.

У испытуемых КГ интервал времени между тестированиями (между I и III этапами исследования) составлял 30 мин.  Испытуемые ЭГ после I этапа исследования в течение последующих 30 мин использовали «Устройство для нормализации биоритмов» [5]. Электронный девайс для адекватной стимуляции меланопсин-содержащие ганглиозные клетки сетчатки представляет собой прибор, излучающий световой поток с максимумом огибающей в области 480 нм [4, 5]. Диапазоны регулируемой освещенности и яркости светового потока электронного девайса составляют: min - 140 Лк/145 кД/м2; max - 1650 Лк/875 кД/м2. По окончанию 30 мин применения электронного девайса испытуемые вновь выполняли тестовые задания на когнитивные и психоэмоциональные показатели (III этап исследования).

Регистрацию артериального давления и вариабельности сердечного ритма (ВСР) производили у студентов ЭГ трижды: в начале исследования (I этап исследования) -  запись фоновых значений ВСР в течение 5 мин; запись в течение 5 мин параметров ВСР в период воздействия на сетчатку глаз световым потоком 480 нм (II этап исследования); запись параметров ВСР в течение 5 мин после светового воздействия на сетчатку глаз (III этап исследования). На всех трех этапах испытуемые находились с открытыми глазами. Запись кардиоинтервалограммы производили с помощью пульсоксиметра «ЭЛОКС-01С3» с оптическим пальцевым датчиком (Россия). Непосредственно перед записью ВСР испытуемые находились в состоянии покоя сидя в ЭЭГ-кресле (Neurobotics, Россия) в течение 10 минут.

Полученные данные обрабатывались статистически с помощью IBM SPSS Statistics 22. Достоверность измерений оценивалась параметрическими (t-тест Стъюдента для зависимых и независимых выборок) и непараметрическими (t-тест Вилкоксона для зависимых выборок и критерий Манна-Уитни для независимых выборок) методами. Статистически значимыми изменения средних величин считались при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ стиля жизни и стрессоустойчивости студентов ЭГ и КГ не выявил межгрупповых различий и показал наличие у испытуемых психологического стресса, что можно объяснить окончанием учебного семестра и приближением зимней экзаменационной сессии. Характер изменения уровня постоянного стресса за последние три месяца учебы 60% испытуемых КГ и 50% студентов ЭГ оценили как "значительное увеличение". Эти результаты соответствуют раннее полученным нами данным [2].

На I этапе исследования нами не обнаружены межгрупповые различия ЭГ и КГ по ситуативной тревожности, самочувствию, активности, настроению (табл. 1). 

Таблица 1

Средние значения ситуативной тревожности, самочувствия,

активности, настроения студентов (M±m)

 

Параметры

Группы испытуемых

ЭГ

КГ

I этап

III этап

I этап

III этап

Тревожность

49,75 ± 11,65

47,13 ± 11,41

59,67 ± 8,08

64,89 ± 8,31*

Самочувствие

39,38 ± 10,80

51,25 ± 8,47**

42,89 ± 7,81

39,00 ± 11,35

Активность

39,25 ± 10,24

48,13 ± 6,83*

43,44 ± 9,34

40,78 ± 9,22

Настроение

43,75 ± 12,02

50,00 ± 8,67*

40,56 ± 10,03

38,78 ± 7,68

Примечание: * p<0,05; **p<0,01; ***p<0,001

Воздействие коротковолнового излучения привело к увеличению показателей самочувствия на 30,14 ± 6,43% (p<0,01), активности на 22,62 ± 4,53% (p<0,05) и настроения на 14,29 ± 1,24% (p<0,05) у испытуемых ЭГ. Ситуативная тревожность у студентов ЭГ при этом практически не изменилась, а в КГ увеличилась на 8,75 ± 0,35% (p<0,05).

На III этапе исследования нами были обнаружены межгрупповые различия по самочувствию (p<0,05), настроению (p<0,05), ситуативной тревожности (p<0,01).

Представленные результаты позволяют сделать заключение о том, что адекватная стимуляция фоторецепторов циркадианной системы оптимизирует функциональное состояние организма человека в период бодрствования.

Параметры внимания и зрительного восприятия у студентов обеих групп нами исследовались с помощью корректурных таблиц Анфимова. Анализировалась динамика средних значений коэффициента точности (А), коэффициента умственной продуктивности (Р), объема зрительной информации (Q), скорости переработки информации (СПИ), устойчивость внимания (УВН) (табл. 2).

Таблица 2

Средние значения когнитивных  параметров студентов (M±m)

 

Параметры

Группы испытуемых

ЭГ

КГ

I этап

III этап

I этап

III этап

А

0,89 ± 0,09

0,96 ± 0,06***

0,96 ± 0,05

0,96 ± 0,05

Р

187,83 ± 44,40

191,86 ± 36,92

186,12± 20,79

198,52± 30, 37**

Q, бит

125,14 ± 25,55

118,98 ± 22,29

115,44 ± 16,81

123,07 ± 17,92**

СПИ, бит/с

1,84 ± 0,44

1,88 ± 0,38

1,83 ± 0,31 

1,95 ± 0,31**

УВН

4,41 ± 0,65

4,11 ± 0,56**

4,27 ± 0, 42

4,18 ± 0,47

Примечание: * p<0,05; **p<0,01; ***p<0,001

После 30-минутной световой экспозиции с максимумом огибающей в области 480 нм у испытуемых ЭГ нами обнаружено увеличение значения коэффициента точности на 7,87 ± 0,34 % (p<0,01), который достоверно увеличивался на 2-й, 3-й, 4-й, 5-й, 8-й и 10-й минутах работы с корректурными таблицами (p<0,05). Тогда как у студентов КГ коэффициент точности на III этапе исследования практически не изменился относительно исходного состояния.

Параметры внимания и зрительного восприятия, связанные с объемом и скоростью обработки информации, на III этапе исследования достоверно увеличивались в КГ. Устойчивость внимания уменьшалась у испытуемых обеих групп (табл. 2).

Полученные нами данные согласуются с литературным данными о повышении субъективного благополучия, настроения и активности, также когнитивных функций, облегчении процесса пробуждения при световой экспозиции до рассвета искусственным широкополосным полихроматическим источником света в течение 50 мин (от 0 до 250 лк). В других исследованиях сине-обогощенный свет (17 000 K) во время работы в офисе в течение 4-х недель вызывал улучшение субъективных оценок бодрствования, настроения, производительности, повышение концентрации внимания, качество ночного сна, снижал дискомфорт глаз, субъективную усталость вечером, раздражительность [10].

На следующем этапе нашей работы мы анализировали кардиоинтервалографию на основе комплекса показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР): частота сердечных сокращений (ЧСС), продолжительность интервала (NN), индекс напряжения регуляторных систем по Р.М.Баевскому (ИН), общая мощность спектра ВСР (ТР), составляющие спектра ВСР - высокочастотный компонент (HF, диапазон 0,15-0,40 Гц, период 2,0 - 6,6 сек), низкочастотный компонент (LF, диапазон 0,04-0,15 Гц, период 6,6 - 20,0 сек) и колебания очень низкой частоты (VLF, диапазон 0,003-0,04 Гц, период 1-2 мин) (табл. 3).

Таблица 3

Средние значения показателей ВСР и артериального давления (M±m)

Параметры

Этапы исследования

I этап

II этап

III этап

NN, мс

817,88 ± 28,80

854,13 ± 34,82*

846,88 ± 30,57

ЧСС, уд/мин

72,43 ± 3,33

70,14 ± 3,76*

70,00 ± 3,09*

ИН, усл. ед

33,13 ± 7,83

34,25 ± 8,58

25,63 ± 3,46

ТР, мс2

8370,1 ± 1551,63

8273,63 ± 1636,55

9585,5 ± 1055,01

VLF, мс2

2663,88 ± 561,61

2004,51 ± 325,41

2757,75 ± 491,73

LF, мс2

2627,88 ± 625,94

3014,63 ± 808,81

3668,63 ± 571,65*

HL, мс2

3078,01 ± 762,68

3254,38 ± 1180,11

3158,63 ± 888,22

LF, %

46,88 ± 4,88

52,63 ± 7,34

57,63 ± 5,93*

HL, %

53,13 ± 4,88

47,38 ± 7,34

42,38 ± 5,93*

СД, мм рт ст

115,11 ± 2,91

108,44 ± 2,07**

109,22 ± 2,84*

ДД, мм рт ст

74,78 ± 3,82

72,11 ± 3,26

71,44 ± 3,43

Примечание: * p<0,05; **p<0,01; ***p<0,001

В течение 5-минутной световой экспозиции с максимумом огибающей в области 480 нм у испытуемых ЭГ отмечалось уменьшение ЧСС на II (на 3,16 ± 0,02%, p<0,05) и III (на 3,35 ± 0,02%, p<0,05) этапах исследования по сравнению с фоном. Продолжительность кардиоинтервала на II и III этапах увеличивалась на 4,43 ± 0,03% (p<0,05) и 3,55 ± 0,02%. Выявленный острый эффект увеличения NN был статистически достоверно выражен в течение первых 3 мин II этапа и в течение первой минуты III этапа исследования.

Индекс напряжения регуляторных систем по Р.М.Баевскому, характеризующий состояние адаптационных реакций организма в целом, достоверно уменьшался в течение первых минут II и III этапов по отношению к I этапу.

Адекватная стимуляция меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки вызывала увеличение мощности и процента низкочастотного  компонента ВСР и уменьшение процента высокочастотных колебаний спектра ВСР (p<0,05) (табл. 3). Изменения в очень низкочастотном диапазоне спектра ВСР не были статистически достоверными.

После 5-минутной стимуляции рецепторного отдела циркадианной системы уменьшалась величина систолического артериального давления на 5,79 ± 0,01 % (p<0,01) на II этапе и на 5,12 ± 0,01 % (p<0,05) на III этапе исследования по сравнению с фоном. Уменьшение диастолического давления не было статистически достоверным.

Воздействие голубым светом длиной 480 нм привело к коротколатентным вегетативным ответам, проявившимся в увеличении продолжительности кардиоинтервала, увеличение мощности низкочастотного компонента ВСР и процента LF от суммарной мощности колебаний, уменьшении процента высокочастотных колебаний спектра ВСР и уменьшении величины систолического артериального давления.

Описанные острые вегетативные, психоэмоциональные и когнитивные ответы на адекватную стимуляцию меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки возможно является проявлением особенностей их структурно-функциональных связей со структурами мозга. В составе ретино-гипоталамического тракта аксоны фоточувствительных ганглиозных клеток сетчатки проходят с частичным перекрестом к нейронам вентролатеральной «зоны входа» парных СХЯ и супраоптических ядер, а также к вентролатеральным преоптическим ядрам и к вентральным субпаравентрикулярным зонам гипоталамуса [8]. Предполагается, что проекции фоточувствительных ганглиозных клеток сетчатки каудальнее СХЯ, в частности в вентральную субпаравентрикулярную зону могут обеспечивать прямые входы от меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки к нейронам гипоталамуса, которые осуществляют контроль вегетативных функций организма человека [6, 7].

Кроме того, аксоны фоторецепторных ганглиозных клеток направляются к нейронам латерального коленчатого тела, претектальную область, дорсальные ядра шва, медиальной части миндалины и др. [8]. Большинство перечисленных центров образуют, наряду с ретино-гипоталамическим трактом, основную часть входов СХЯ по принципу обратной связи.  Описаны проекции от нейронов СХЯ к холинергическим и аминергическим нейронам ствола головного мозга, к орексиновым группам клеток латерального гипоталамуса. Представленные структурно-функциональные связи циркадианной системы обуславливают полученный нами острый вегетативный, психоэмоциональный и когнитивный ответы на адекватную стимуляцию меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки.

Заключение

Световая экспозиция с максимумом огибающей в области 480 нм в ранние утренние часы в зимнее время года вызывает переключению «ночных часов» на «дневные часы» в организме человека, на что указывает повышение уровня бодрствования.

Наши результаты указывают на возможность быстрой коррекции вегетативного и психоэмоционального фона человека с помощью нового источника светового излучения с максимумом огибающей в области 480 нм [4, 5] и открывает возможности для исследования гормональных, физиологических и поведенческих ответов и их прикладного значения в  лечении десинхронозов, оптимизации функционального состояния для решения задач образования и профессиональной деятельности человека [3].

 

Рецензенты:

Мирошниченко И.В., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Оренбург;

Ведясова О.А., д.б.н., профессор, профессор кафедры физиологии человека и животных ФГОУ ВПО «Самарский государственный университет», г. Самара.


Библиографическая ссылка

Пятин В.Ф., Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Сергеева М.С., Коровина Е.С., Кирасирова Л.А. ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ ЦИРКАДИАННЫХ ЧАСОВ ЧЕЛОВЕКА В РАННИЕ УТРЕННИЕ ЧАСЫ НА ПСИХОСОМАТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20724 (дата обращения: 20.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074