Application of the Trier test to assess psychosocial stress using heart rate variability in young adults
- Authors: Tolstoguzov S.1, Shikova K.A.1, Gruk V.M.1, Lepunova O.N.1
-
Affiliations:
- University of Tyumen
- Section: ORIGINAL STUDY ARTICLES
- Submitted: 07.04.2025
- Accepted: 01.08.2025
- Published: 12.08.2025
- URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/678196
- DOI: https://doi.org/10.17816/humeco678196
- ID: 678196
Cite item
Full Text
Abstract
BACKGROUND. Studies of heart rate variability under conditions of short-term experimentally induced stress of psychosocial genesis are important for understanding the mechanisms of autonomic regulation of cardiac activity.
AIM - to study the dynamics of heart rate variability indices under short-term intensive influence of psychosocial stress factors during the Trier test in young people studying in the first and second years of higher education.
METHODS. A single (cross-sectional) study involved 79 volunteers (41 women and 38 men) - first- and second-year full-time university students. The average age of the subjects was 20.3±1.3 years. The inclusion criteria were: 1 or 2 health groups, desire to participate in the study and expressed motivation for a high result; The exclusion criteria were: obesity of any degree, history of chronic cardiovascular or nervous system diseases. Acute psychosocial stress was provoked using a modified version of the Trier test. At each stage of the TSST, a five-minute segment of the cardiointervalogram was recorded, followed by calculation of heart rate variability.
RESULTS. Starting from the first (control) phase of the Trier test, differences in HRV indicators by gender were recorded against the background of low subjective stress experiences. Significant changes at the second stage were noted for almost all variability characteristics. In both groups, HR and LF increased, AVNN, HF decreased. Reactive phases were accompanied by the most significant subjective stress experiences and the most pronounced HRV shifts relative to the control phase. Thus, HR (maximum in women during self-presentation), IC, LF/HF, LF, VLF, MxDMn, SDNN (especially in men) increased significantly. At the same time, AVNN and HF indicators decreased. In the fifth phase, while maintaining a moderate subjective stress level, a return of the sympathetic-parasympathetic regulatory balance was noted in both groups of subjects with some sympathoadrenal predominance in the integral characteristics of HRV.
CONCLUSION. In the group of young people, a trophotropic nature of changes in the activity of regulatory systems was observed with moderate inhibition of vagal influences against the background of sympathoadrenal activation during acute psychological stress. In the group of women, stress changes in HRV were of a more pronounced ergotropic nature. In general, the dynamics of the HRV characteristics in laboratory conditions of acute induced stress of psychosocial genesis informatively reflects the functional state of the body and changes in the sympathetic-parasympathetic regulation of cardiac activity in young people. At the same time, identifying HRV markers specific for describing acute psychosocial stress, different from changes in HRV under the influence of stressors of a different nature (e.g. physical activity), seems difficult.
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
Проблема поиска надежных биомаркеров стресс-реакций человека и животных существует достаточно давно. В качестве наиболее информативных в исследовательской и клинической практике служат данные биоэлектрической активности мозга [1, 2], характеристики нейроэндокринной регуляции функций [3], а также психофизиологические параметры эмоциональных состояний [4]. Важное место в ряду физиологических коррелятов стресс-реакций занимают показатели деятельности сердечно-сосудистой системы: артериального давления, частоты сердечных сокращений и вариабельности сердечного ритма [5]. Считается, что автономная нервная и сердечно-сосудистая системы являются одними из самых быстро реагирующих на стрессорные воздействия окружающей среды, изменения равновесия организма, активно участвуют в адаптационно-приспособительных реакциях [6].
Использование метода математического анализа вариабельности сердечного ритма для оценки воздействий неблагоприятных природных и социальных факторов окружающей среды на организм человека широко распространено [7, 8]. При этом исследования вегетативной регуляции сердечной деятельности в условиях краткосрочного экспериментально индуцированного стресса психосоциального генеза встречаются реже и имеют неоднозначные результаты [9, 10]. В этой связи представляют интерес два аспекта изучения индуцированного стресса.
Во-первых, применение метода Триер-теста для искусственной лабораторной провокации острого психосоциального стресса. Триер-тест (Trier social stress test, TSST), разработанный Киршбаумом и др. в 1993 году [11], состоит из пяти этапов/стадий, три из которых являются стрессогенными. Первая стадия по сути является фоновой поскольку запись функциональных параметров организма у испытуемого происходит без действия раздражителя. Она же выступает в качестве контрольной при описании динамики психофизиологических показателей на следующих этапах TSST. На второй, третьей и четвертой стадиях происходит психологическая индукция стресса различными факторами. На второй стадии испытуемый получает задание подготовить резюме-автобиографию для самопрезентации, на третьей стадии перед слушателями («комиссией») или/и под видеозапись произносит монолог – рассказ о себе, на четвертой стадии испытуемый производит вслух обратный последовательный счет двузначного числа из четырехзначного. Пятая стадия является периодом восстановления, в течение которого ожидается торможение стрессовых реакций. В реальных исследованиях возможны некоторые изменения в процедуре, что делает Триер-тест гибким в использовании. Важным условием реализации TSST служит выраженная мотивация участников на достижение высоких результатов прохождения теста, что обуславливает сильное психологическое стресс-воздействие на реактивных (третьем-четвертом) этапах. Триер-тест включает два главных стресс-фактора: исходная неопределенность предстоящей задачи и социальная оценка результатов, реализуемая на третьей и четвертой стадиях. Таким образом появляется возможность в лабораторном эксперименте наблюдать этапы инициации стресс-реакции (вторая и третья стадии), полноценного развития стресса (третья и четвертая стадии) и его угасания (пятая стадия). Выделение отдельных стадий реакции на психосоциальные стрессоры представляется обоснованным поскольку на протяжении всего Триер-теста активны различные психологические и физиологические механизмы обеспечения адекватного ответа на требования деятельности. При экспериментальном выделении отдельных фаз острой стрессовой реакции в хронологии TSST исследователи обращают особое внимание на антиципирующую стадию (второй этап) как период, когда человек уже осознает предстоящее действие стрессора, но еще не подвергается его прямому воздействию [12]. В целом, как отмечается в ряде исследований [13], изменения физиологических параметров организма в процессе Триер-теста указывают на динамику активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и симпатоадреналовой систем, что, в свою очередь, позволяет говорить о способности данной методики индуцировать психосоциальный стресс в лабораторных условиях.
Во-вторых, использование характеристик вариабельности сердечного ритма для оценки состояния организма на каждом из этапов Триер-теста. Антиципирующая и реактивные стадии психологического стресса одновременно индуцируют различные физиологические сдвиги в организме человека. Возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы может рассматриваться в качестве тревожной компоненты, обеспечивающей срочные эффекты реакции «бей или беги», а активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (ГГН) оси в качестве реакции, обеспечивающей долгосрочные эффекты. Симпатическую «тревожную» активность на острый стресс исследуют с помощью низкочастотной мощности спектра вариабельности сердечного ритма, в то время как парасимпатическое торможение можно оценить с помощью высокочастотной мощности или среднеквадратичного отклонения разности между соседними интервалами RR (RMSSD) за определенный отрезок времени [14]. Применение мощностных характеристик вариабельности сердечного ритма для оценки стресс-реактивности при регистрации коротких временных отрезков кардиоинтервалограммы рядом авторов [15] подвергалось критическому рассмотрению, поскольку на отрезках записи менее 300 с возможны эффекты «спектральной утечки» и симпатическая реакция сердца на стресс не может быть надежно оценена с использованием компонента LF/HF. По данным [16] изменений мощностных характеристик вариабельности сердечного ритма при стрессе психосоциального генеза не наблюдалось, тогда как в работе [17] средний LF во время сеансов когнитивного стресса был значительно ниже, чем фоновом состоянии. В других исследованиях [9] в условиях Триер-теста отмечается значительно более низкий средний интервал RR, т.е. более высокая ЧСС во время когнитивной нагрузки (четвертая стадия TSST), чем в контрольном состоянии, в то время как показатель pNN50 был значительно выше в контрольном состоянии, чем в умственной задаче. Для статистических характеристик SDNN и RMSSD в исследованиях [17] было показано значительное снижение в условиях индуцированного стресса.
В целом можно отметить, что вариабельность сердечного ритма при оценке функционального состояния организма человека отражает способность сердца реагировать на различные стресс-стимулы, при этом низкая вариабельность свидетельствует о нарушениях регуляторных и гомеостатических функций автономной нервной системы, что снижает способность организма справляться с внутренними и внешними стрессорами.
Важно также отметить, что в исследовательском пространстве [18] складывается неоднозначная картина широкого использования метода вариабельности сердечного ритма и описания биомаркеров стресс-состояний на фоне рассмотрения фрагментарных, часто не соответствующих друг другу результатов, описывающих стресс различного происхождения, интенсивности или этапа развития.
Целью настоящего исследования являлось изучение динамики показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) при краткосрочном интенсивном влиянии факторов психосоциального стресса в ходе Триер-теста у молодых людей, обучающихся на первом-втором курсах высшего учебного заведения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В однократном (поперечном) исследовании приняли участие 79 добровольцев (41 девушка и 38 юношей) – обучающихся на первом-втором курсах очной формы Тюменского государственного университета. Средний возраст испытуемых составил 20,3±1,3 лет. Участники эксперимента подписали добровольные информированные согласия на проведение исследования и обработку персональных данных. Исследование одобрено Комиссией по биомедицинской этике Тюменского государственного университета. Критериями включения являлись: 1 или 2 группа здоровья, желание принять участие в исследовании и выраженная мотивация на высокий результат; критериями исключения служили: ожирение любой степени при индексе массы тела ≥30 кг/м2, наличие в анамнезе хронических заболеваний сердечно-сосудистой или нервной системы, обострения любых нозологий в последние две недели перед исследованием, устойчивая тахикардия (80 и более ударов в минуту) и/или высокий уровень субъективной тревожности и ощущения стресса (4 и более балла из 10 по визуально-аналоговой шкале (ВАШ) при отборочном исследовании. Девушки принимали участие в исследовании в фолликулярную стадию менструального цикла. Измерения проводились в межсессионный период в дневное время в спокойной, комфортной обстановке.
Провокацию острого психосоциального стресса проводили с использованием видоизменного варианта Триер-теста (Trier Social Stress Test, TSST) [11]. Испытуемых мотивировали на высокую результативность TSST, сообщая, что результаты прохождения будут учитываться при выборе кафедры и научного руководителя. На первом этапе фиксировали ВСР в спокойном состоянии (контроль). На втором этапе просили испытуемого подготовить (обдумать) краткое резюме о себе для презентации потенциальному научному руководителю. На этом этапе испытуемый мог записывать в блокнот свои мысли, не совершая при этом активных движений. На третьем этапе испытуемому необходимо было выступить с самопрезентацией «на камеру», также избегая двигательной активности. На четвертом этапе участники исследования выполняли вслух обратный счет, вычитая последовательно число 13 из числа 1022. Пятый этап предполагал спокойное бодрствование. Каждый их пяти этапов занимал 5 минут, в течение которых велась запись ВСР в положении сидя. Суммарная продолжительность эксперимента без учета времени вводного инструктажа составляла 25 минут. Перерывов между этапами Триер-теста не делали.
Регистрацию кардиоинтервалограммы осуществляли на аппаратно-программном комплексе «Здоровье-экспресс» (Россия, ООО «МКС») с четырех электродов, наложенных на конечности. На каждый этап TSST приходился пятиминутный отрезок записи кардиоинтервалограммы с последующим анализом вариабельности сердечного ритма. В качестве статистических показателей временного домена [19] использовали следующие характеристики ВСР: AVNN - среднюю длительность нормированного интервала R-R (NN) (мс), SDNN – стандартное отклонение интервалов NN (мс), RMSSD – «среднеквадратичное значение последовательных различий», квадратный корень из среднего значения квадратов последовательных различий между соседними NN (мс), pNN50 – доля последовательных интервалов NN, различающихся на 50 и более мс (%). Геометрическими показателями описания ВСР служили: мода (Мо) – диапазон значений, наиболее часто встречающихся R-R интервалов (мс), амплитуда моды (АМо) – отношение количества R-R интервалов со значениями, равными Mo к общему количеству RR интервалов (%), вариационный размах (MxDMn) – разность максимальных и минимальных значений R-R интервалов (мс), индекс напряжения регуляторных систем, стресс-индекс, индекс Р.М. Баевского [20] (ИН = АМо/(2Мо*MxDMn). В частотной области учитывали спектральные показатели плотности мощности в частотных диапазонах: высокой частоты (HF) от 0,15 до 0,4 Гц, низкой частоты (LF) от 0,04 до 0,15 Гц, очень низкой частоты (VLF) от 0,003 до 0,04 Гц, суммарную мощность во всех диапазонах (ТР), а также рассчитывали индекс централизации IC = (HF+LF)/VLF) и индекс вагосимпатического взаимодействия (LF/HF). Комплексную оценку функционального состояния проводили по показателю активности регуляторных систем (ПАРС).
Субъективное ощущение стресса испытуемых фиксировали на каждом этапе TSST по визуально-аналоговой шкале (ВАШ) в диапазоне от 1 до 10 баллов, где 1 балл – полное отсутствие стресс-переживаний, а 10 баллов – максимальный стресс.
Статистическую обработку проводили с использованием пакета программы Statistica 6.1. Данные анализировались в виде медианы (Ме), первого и третьего квартилей (Q25-Q75). Проверку нормальности распределения осуществляли по Шапиро-Уилка. В силу того, что распределение показателей ВСР не всегда соответствовало нормальному, достоверность отличий определяли непараметрическими методами: по критерию Манна-Уитни для двух независимых групп при сравнении по полу, по критерию Вилкоксона для сравнения этапов Триер-теста. Распределение субъективных оценок стресса по ВАШ соответствовало нормальному, что позволило применить сравнение по средним значениям и t-критерию Стьюдента. Значимыми считали отличия при р<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Начиная с первой (контрольной) стадии Триер-теста, на фоне низких субъективных переживаний стресса по ВАШ (рис. 1), фиксировались отличия показателей ВСР по полу. Так у девушек была ниже средняя длительность кардиоинтервалов (AVNN) при более высокой вариабельности (RMSSD и pNN50) (табл. 1), а также ниже LF (табл. 3), LF/HF (рис. 5) и IC (рис. 4).
Во вторую стадию субъективные тревожные переживания по ВАШ усилились у всех испытуемых, но были значительнее в группе девушек. Существенный изменения на втором этапе были отмечены практически по всем характеристикам ВСР. В обеих группах увеличилась ЧСС (рис. 2), ПАРС (рис. 6) и LF, снизились AVNN, Мо (табл. 2), HF. При этом ряд показателей ВСР имели разнонаправленную динамику: SDNN и VLF выросло у юношей и не изменилось у девушек; RMSSD и pNN50 снизились, а IC, LF/HF и SI (рис.3) возросли у девушек при стабильных значениях у юношей; АМо снизилась у юношей и возросла у девушек. Показатель ТР в группах участников при переходе на стадию подготовки не претерпел изменений.
Третья и четвертая фазы Триер-теста сопровождались самыми значительными субъективными переживаниями стресса и наиболее выраженными относительно контрольной стадии сдвигами ВСР. Так существенно возрастали ЧСС (максимально у девушек во время самопрезентации), ПАРС, IC, LF/HF, TP, LF, VLF, MxDMn, SDNN (особенно у юношей). При этом показатели AVNN, Мо и HF в третью и четвертую реактивные стадии снижались. Значения SI были выше фоновых лишь в группе девушек в фазу самопрезентации, тогда как в четвертой фазе обратного счета в обеих группах не отличались от исходных величин. Показатели вариабельности ритма RMSSD и pNN50 у молодых людей в реактивные фазы Триер-теста повышались, а в группе девушек напротив, существенно снижались, особенно в четвертую когнитивную стадию.
К пятой стадии Триер-теста при отсутствии стрессорных раздражителей субъективное восприятие стресса по ВАШ несколько снизилось, однако превышало исходные значения. На этом фоне восстановление показателей ВСР до контрольных значений первой стадии TSST произошло в группе юношей по pNN50, Мо, TP, HF, SI и в группе девушек по AVNN, SDNN, RMSSD, Мо, MxDMn, TP, HF, VLF, LF/HF. Показатели ЧСС, ПАРС и IC в период восстановления в обеих половых группах испытуемых до итоговых значений не вернулись.
Обращает на себя внимание более широкий квартильный размах в группе девушек по показателю ЧСС на всех стадиях индуцированного стресса, а также расширение диапазона Q1-Q3 в группе девушек по показателю SI в антиципирующую и реактивные стадии. В группе юношей квартильный размах в ходе эксперимента постадийно нарастал по показателям IC и LF/HF и постепенно снижался по ПАРС.
ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время не вызывает сомнения, что показатели вариабельности сердечного ритма отражают регуляторные механизмы деятельности сердца со стороны центральной нервной системы, а также активность вегетативной нервной системы. Большая часть характеристик ВСР (статистические, геометрические, спектральные) так или иначе указывает на вовлеченность симпатической (СНС) и/или парасимпатической нервной систем (ПНС) в регуляцию сердечной деятельности. Интерес в данном случае вызывает вопрос: насколько показатели ВСР могут служить индикаторами острого стресса психосоциального генеза и можно ли выделить некоторые специфические маркеры динамики ВСР в ответ на конкретные стимулы при провокации (искусственной организации) индуцированного стресса. Попытка поиска и описания так называемого типового стресс-паттерна изменений характеристик ВСР под влиянием стандартизированных лабораторных стимуляций в рамках Триер-теста представляется важной для понимания структуры адаптационного ответа организма в ответ на психологические угрозы и вызовы при срочных требованиях деятельности в ситуации «здесь и сейчас». Именно для решения этой задачи были определены критерии включения и исключения испытуемых, в частности, введено требование нейтрального психоэмоционального состояния на входе (субъективное переживание стресса по ВАШ на первом этапе Триер-теста не более 3 баллов).
Тем не менее уже в фоновом состоянии стресс-теста до начала действия экспериментальных раздражителей в группе девушек по сравнению с юношами при меньшей величине AVNN нами было отмечено более выраженное парасимпатическое влияние на сердечный ритм по динамическому ряду разности значений последовательных пар кардиоинтервалов RMSSD и доле разностных значений pNN50. У девушек это также сопровождалось пониженной мощностью низкочастотной составляющей спектра LF, что указывало на снижение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. Стоит отметить, что аналогичные гендерные особенности ВСР были зарегистрированы и в исследованиях [21] на выборке студентов возрастной категории 19-22 года. Известно, что вазомоторные волны или медленные волны первого порядка характеризуют симпатическую активацию, а связанная с их величиной характеристика индекса вагосимпатического взаимодействия указывает на баланс симпатоадреналовых и вагусных влияний в регуляции сердечного ритма. Таким образом в нашем исследовании у девушек на старте Триер-теста фиксировали некоторое преобладание активностей анергической [22] или трофотропной системы. Ряд авторов используют значения AVNN [23] и/или SI [6] для кластеризации выборки испытуемых по критерию преобладающего типа вегетативной регуляции сердечного ритма на симпатотоников (AVNN ≤ 700 мс; SI ≥ 151 усл.ед.), нормотоников (AVNN в диапазоне 700-900 мс; SI в диапазоне 50-150 усл.ед.) и ваготоников (AVNN ≥ 900 мс; SI ≤ 49 усл.ед.). В нашем исследовании по критериям средней длинны кардиоинтервала и стресс-индексу испытуемые на входе (первый этап Триер-теста) имели нормотонические признаки вегетативной регуляции, что способствовало достижению целей эксперимента, т.к. первая стадия стресс-теста выступала в качестве контрольной.
Во вторую упреждающую стадию Триер-теста, когда испытуемые получили задание на подготовку презентации и были кратко ознакомлены с задачами и процедурой эксперимента, даже на фоне снижения неопределенности и до начала действия фактора социальной оценки было отмечено серьезное повышение субъективных стресс-ощущений, особенно выраженное в группе девушек. Такое повышение тревожных переживаний сопровождалось состоянием умеренного функционального напряжения регуляторных систем по ПАРС и смещением вегетативного равновесия в сторону СНС по показателям средней длинны кардиоинтервала и мощности вазомоторных волн. В исследованиях [9] AVNN рассматривается одним из наиболее надежных и эффективных показателей симпато-вагусного баланса при психологических нагрузках и также имеет тенденцию к симпатическому сокращению в ходе экспериментов с индуцированным стрессом. Примечательно, что в нашем исследовании значение стресс-индекса как интегральной величины геометрических показателей вариационной пульсометрии в упреждающую стадию возрастало в группе девушек и оставалось неизменным у юношей. Причем квартильный размах показателей SI у девушек, также как и ЧСС, был существенно шире, что указывало, по нашему мнению, на большую гетерогенность психофизиологических характеристик участниц исследования. Существенное смещение вегетативного баланса в регуляции сердечной деятельности в сторону СНС, а также активацию регуляторных механизмов со стороны ЦНС в антиципирующую стадию девушки продемонстрировали и по интегральным мощностным характеристикам – LF/HF и IC. В целом можно отметить, что подготовка к действию стрессоров социальной оценки вызывало большие изменения в организме девушек, что отразилось и в резком снижении в их группе показателей вариабельности ритма SDNN, RMSSD и pNN50 на второй стадии Триер-теста.
Реактивные стадии Триер-теста (третья и четвертая) имели в обеих группах преимущественно сходную динамику характеристик ВСР. Как в фазу самопрезентации, так и в фазу обратного счета максимально возрастала активность симпатического отдела вегетативной нервной системы. При этом, рассматривая показатели мощности очень низкочастотных волн, можно предполагать изменения в надсегментарном уровне регуляции, тесно связанном с аффективными переживаниями и функциональным состоянием коры больших полушарий головного мозга [20]. Мощность VLF как маркер активации церебральных эрготропных влияний служит характеристикой интенсивности метаболических процессов и указывает на уровень энергодефицитности в определенном функциональном состоянии человека. Повышение мощности медленных волн второго порядка, зафиксированное в нашем исследовании в реактивные фазы Триер-теста (особенно третью), свидетельствовало о так называемых гиперадаптивных реакциях организма и повышении влияния корковых структур на стволовые центры регуляции сердечно-сосудистой системы. Однако аналогично антиципирующей стадии привлекают внимание гендерные отличия в динамике показателей вариабельности, которые характеризуют вагусные влияния на сердечный ритм. Так в группе девушек в реактивные стадии отмечено снижение вариабельности и вклада блуждающего нерва по SDNN и pNN50, тогда как у юношей напротив, максимальные значения парасимпатической активности отмечались по SDNN и RMSSD на фоне наибольших субъективных переживаний стресса по ВАШ в третью и четвертую стадию Триер-теста. В группе юношей такая реакция ВСР позволяет предполагать проявления акцентированного антагонизма в симпатических и парасимпатических взаимодействиях на пике острого индуцированного психосоциального стресса.
В пятую стадию при сохранении умеренного субъективного уровня стресса мы можем говорить о возвращении симпато-парасимпатического регуляторного равновесия в обеих группах испытуемых с некоторым симпатоадреналовым преобладанием по интегральным характеристикам ВСР, что, в свою очередь, могло являться последействием пиковой активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси на предыдущих стадиях Триер-теста, а также более длительным периодом восстановления, занимающим более 5 минут.
Обсуждая результаты реактивных стадий Триер-теста, важно учитывать и тот факт, что в нашем исследовании, так же, как и в работах [9, 10], самопрезентация и обратный счет сопровождались активными дыхательными движениями испытуемых, связанными с речью. В тоже время острый психосоциальный стресс может приводить к изменению ритма и глубины дыхания, а также кардиореспираторного взаимодействия и во время «молчаливых» фаз Триер-теста. Следовательно, изменение паттернов дыхания в период острого психосоциального стресса, особенно в реактивные «речевые» фазы, могло внести свой вклад и повлиять на характеристики вариабельности сердечного ритма.
По всем стадиям Триер-теста у девушек отмечен более широкий квартильный размах по ЧСС и SI, указывающий на гетерогенность физиологических реакций участниц исследования. Известно, что режим автономного контроля ВСР может иметь характерные особенности при действии различных стрессоров. Так в работе [18] реакции на ортостатический стресс в выборке испытуемых имели минимальные индивидуальные отличия, тогда как психогенные стрессоры приводили к широкому разбросу индивидуальных показателей ВСР. В нашем исследовании характер изменений ВСР при психосоциальном стрессе был в целом схож с паттернами вариабельности при остром стрессе, вызванном физической нагрузкой [24], что не позволяет выделить отдельные маркерные компоненты ВСР, которые описывали бы специфику именно психологических стресс-влияний на сердечную деятельность.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В группе молодых людей наблюдался более благоприятный характер изменений активности регуляторных систем при умеренном торможении вагусных влияний на фоне симпатоадреналовой активации во время острого психологического стресса. В группе девушек стресс-изменения ВСР носили более выраженный эрготропный характер.
В целом можно отметить, что динамика характеристик ВСР в лабораторных условиях острого индуцированного стресса психосоциального генеза информативно отражает функциональное состояние организма и изменения симпато-парасимпатической регуляции сердечной деятельности молодых людей. При этом выделение специфических для описания острого психосоциального стресса ВСР-маркеров, отличных от изменений ВСР при воздействии стрессоров иной природы (напр. физической нагрузки), представляется затруднительным и ставит задачи для дальнейших более детальных исследований.
Таблица 1.
Динамика статистических показателей ВСР по стадиям Триер-теста
Показатели | Пол | Стадии Триер-теста | р стадий TSST по сравнению с ФЗ2 | ||||
1 (ФЗ) | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
AVNN, мс | Юноши
| 822,1 | 738,2 | 683,3 | 685,9 | 750,4 | 2,3,4 (> 0,000); 5 (= 0,003) |
Девушки
| 746,0 | 671,1 | 605,7 | 626,3 | 732,1 | 2,3,4 (> 0,000) | |
Статистическая значимость различий по полу1 | U = 574 Z = -2,01 p = 0,044 | U = 457 Z = -3,15 p = 0,002 | U = 353 Z = -4,17 p > 0,000 | U = 490 Z = -2,83 p = 0,005 | U = 697 Z = -0,80 p = 0,421 |
| |
SDNN, мс | Юноши | 2,3,4,5 (> 0,000) | |||||
Девушки | 3 (= 0,004) | ||||||
Статистическая значимость различий по полу1 | U = 602 Z = 1,73 p = 0,082 | U = 450 Z = -3,22 p = 0,001 | U = 455 Z = -3,17 p = 0,002 | U = 319 Z = -4,50 p > 0,000 | U = 411 Z = -3,61 p > 0,000 |
| |
RMSSD, мс | Юноши | 3 (= 0,001); 4 (= 0,009); 5 (= 0,037) | |||||
Девушки | 2,4 (> 0,000) | ||||||
Статистическая значимость различий по полу1 | U = 383 Z = 3,88 p > 0,000 | U = 556 Z = -2,18 p = 0,029 | U = 717 Z = 0,60 p = 0,540 | U = 406 Z = 3,65 p > 0,000 | U = 772 Z = -0,06 p = 0,951 |
| |
pNN50, % | Юноши | 3,4 (> 0,000) | |||||
Девушки | 2,3,4 (> 0,000); 5 (= 0,009) | ||||||
Статистическая значимость различий по полу1 | U = 257 Z = 4,13 p > 0,000 | U = 441 Z = -1,96 p = 0,049 | U = 246 Z = -4,26 p > 0,000 | U = 212 Z = -4,66 p > 0,000 | U = 420 Z = 2,21 p = 0,027 |
|
Примечание: 1 - по критерию Манна-Уитни, 2 - по критерию Вилкоксона; ФЗ – фоновая запись (1 этап Триер-теста).
Таблица 2.
Динамика геометрических показателей ВСР по стадиям Триер-теста
Показатели | Пол | Стадии Триер-теста | р стадий TSST по сравнению с ФЗ2 | ||||
1 (ФЗ) | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
Мо, мс | Юноши
| 800,0 | 725,0 | 625,0 | 675,0 | 775,0 | 2,3,4 (> 0,000)
|
Девушки
| 675,0 | 575,0 | 575,0 | 575,0 | 725,0 | 2,3,4 (> 0,000) | |
Статистическая значимость различий по полу1 | U = 646 Z = -1,30 p = 0,190 | U = 471 Z = -3,02 p = 0,003 | U = 576 Z = -2,00 p = 0,045 | U = 689 Z = -0,88 p = 0,370 | U = 608 Z = -1,67 p = 0,094 |
| |
АМо, % | Юноши | 41,2 | 33,4 | 32,6 | 29,5 | 36,7 | 2 (= 0,002); 3,4 (> 0,000); 5 ( = 0,012) |
| Девушки | 39,6 | 46,2 | 42,1 | 40,5 | 44,4 | 2,5 (= 0,001) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 690 Z = -0,86 p = 0,385 | U = 321 Z = 4,48 p > 0,000 | U = 494 Z = 2,79 p = 0,005 | U = 326 Z = 4,44 p > 0,000 | U = 441 Z = 3,31 p > 0,000 |
|
MxDMn, мс | Юноши | 196,5 | 260,5 | 271,0 | 245,0 | 246,0 | 2,3,4,5 (> 0,000) |
| Девушки | 199,0 | 201,0 | 245,0 | 201,0 | 210,3 | 3 (> 0,000) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 726 Z = -0,52 p = 0,603 | U = 625 Z = -1,51 p = 0,130 | U = 679 Z = -0,97 p = 0,328 | U = 451 Z = -3,21 p = 0,001 | U = 491 Z = -2,82 p = 0,004 |
|
Примечание: 1 - по критерию Манна-Уитни, 2 - по критерию Вилкоксона; ФЗ – фоновая запись (1 этап Триер-теста).
Таблица 3.
Динамика спектральных показателей ВСР по стадиям Триер-теста
Показатели | Пол | Стадии Триер-теста | р стадий TSST по сравнению с ФЗ2 | ||||
1 (ФЗ) | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
ТР, мс2 | Юноши
| 1921,0 | 1747,5 | 3874,5 | 3695,6 | 2394,6 | 3,4 (> 0,000)
|
| Девушки | 1558,0 | 1541,0 | 3101,0 | 2335,0 | 1965,0 | 3,4 (> 0,000) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 604 Z = -1,71 p = 0,085 | U = 713 Z = -0,64 p = 0,517 | U = 543 Z = -2,31 p = 0,021 | U = 504 Z = -2,69 p = 0,006 | U = 646 Z = -1,31 p = 0,191 |
|
HF, мс2 | Юноши | 750,2 | 385,7 | 592,7 | 390,4 | 692,7 | 2 (> 0,000); 4 (= 0,001) |
| Девушки | 773,0 | 333,5 | 632,0 | 381,0 | 520,6 | 2,5 (> 0,000); 3 (= 0,023); 4 (= 0,001) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 657 Z = 1,19 p = 0,231 | U = 683 Z = -0,94 p = 0,346 | U = 640 Z = 1,36 p = 0,172 | U = 679 Z = 0,98 p = 0,326 | U = 494 Z = -2,79 p = 0,005 |
|
LF, мс2 | Юноши | 720,8 | 778,4 | 2161,7 | 1903,5 | 848,7 | 2 (= 0,035); 3,4 (> 0,000); 5 (= 0,017) |
| Девушки | 394,0 | 571,0 | 1567,0 | 1314,2 | 665,5 | 2 (= 0,001); 3,4,5 (> 0,000) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 364 Z = 4,07 p > 0,000 | U = 478 Z = 2,94 p = 0,003 | U = 466 Z = 3,06 p = 0,002 | U = 510 Z = 2,63 p = 0,008 | U = 508 Z = 2,65 p = 0,008 |
|
VLF, мс2 | Юноши | 222,0 | 254,8 | 371,2 | 293,4 | 229,6 | 2 (= 0,041); 3 (> 0,000); 4 (= 0,001); 5 (= 0,015) |
| Девушки | 231,0 | 289,0 | 296,4 | 257,8 | 256,4 | 3 (= 0,013) |
| Статистическая значимость различий по полу1 | U = 682 Z = -0,95 p = 0,341 | U = 720 Z = -0,57 p = 0,562 | U = 712 Z = 0,65 p = 0,511 | U = 666 Z = 1,11 p = 0,267 | U = 749 Z = 0,28 p = 0,772 |
|
Примечание: 1 - по критерию Манна-Уитни, 2 - по критерию Вилкоксона; ФЗ – фоновая запись (1 этап Триер-теста).
About the authors
Sergey Tolstoguzov
University of Tyumen
Author for correspondence.
Email: s.n.tolstoguzov@utmn.ru
ORCID iD: 0000-0003-2332-7543
SPIN-code: 8187-1821
Тюменский государственный университет
Институт биологии
Кафедра анатомии и физиологии человека и животных
кандидат биологических наук, доцент
Russian FederationKsenia Alekseevna Shikova
Email: stud0000193319@utmn.ru
ORCID iD: 0009-0004-4270-2390
SPIN-code: 8734-1071
Vyacheslav Mikhailovich Gruk
Email: stud0000279574@utmn.ru
ORCID iD: 0009-0004-9584-2987
Olga Nikolaevna Lepunova
Email: o.n.lepunova@utmn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5809-5805
SPIN-code: 4898-7014
References
- Badr Y., Tariq U., Al-Shargie F. et. al. A review on evaluating mental stress by deep learning using EEG signals // Neural Computing and Applications. 2024. doi: 10.1007/s00521-024-09809-5.
- Bhatnagar S., Khandelwal S., Jain S. et. al. A deep learning approach for assessing stress levels in patients using electroencephalogram signals // Decision Analytics Journal. 2023. V. 7. 100211. doi: 10.1016/j.dajour.2023.100211.
- Langer K., Jentsch V.L., Wolf O.T. Effects of acute stress on cognitive emotion regulation and underlying neuroendocrine mechanisms // Psychoneuroendocrinology. 2024. V. 160, 106722. doi: 10.1016/j.psyneuen.2023.106722.
- Kausche F.M., Carsten H.P., Sobania K.M., Riesel A. Fear and safety learning in anxiety- and stress-related disorders: An updated meta-analysis // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2025. V. 169. 105983. doi: 10.1016/j.neubiorev.2024.105983.
- Gellisch M., Bablok M., Brand-Saberi B., Schäfer T. Neurobiological stress markers in educational research: A systematic review of physiological insights in health science education // Trends in Neuroscience and Education. 2024. V. 37. 100242. doi: 10.1016/j.tine.2024.100242.
- Demin D.B. Response of the cardiovascular system to heart rate variability biofeedback intervention in adolescents with different autonomic nervous tone living in northern and southern regions. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2023;30(5):375–384. doi: 10.17816/humeco321968.
- Krivonogova E.V., Krivonogova O.V., Poskotinova L.V. Individual-Typological Features of the Reactivity of EEG Rhythms, Cardiovascular System and Lactoferrin Level in the Conditions of General Air Cooling of a Person // Human Physiology. 2021. V. 47. № 5. Р. 67-76. doi: 10.31857/S0131164621040068.
- Dimitriev D.A., Saperova E.V., Dimitriev A.D., Salimov E.R. The Use of Nonlinear Parameters of Heart Rate Variability for Stress Detection // Journal of Medical and Biological Research. 2021. V. 9. № 3. Р. 265–274. doi: 10.37482/2687-1491-Z064.
- Pereira T., Almeida P.R., Cunha J.P.S., Aguiar A. Heart rate variability metrics for fine-grained stress level assessment // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2017. № 148. Р. 71-80. doi: 10.1016/j.cmpb.2017.06.018.
- Spellenberg C., Heusser P., Büssing A. et al. Binary symbolic dynamics analysis to detect stress-associated changes of nonstationary heart rate variability // Scientific Reports. 2020. № 10. 15440. doi: 10.1038/s41598-020-72034-2.
- Kirschbaum C., Pirke K-M., Hellhammer D.H. The ‘Trier social stress test’ – a tool for investigating psychobiological stress responses in a laboratory setting // Neuropsychobiology. 1993. № 28. Р. 76–81. doi: 10.1159/000119004.
- Vanhollebeke G., Smet S., Raedt R., Baeken C., Mierlo P., Vanderhasselt M-A. The neural correlates of psychosocial stress: A systematic review and meta-analysis of spectral analysis EEG studies // Neurobiology of Stress. 2022. № 18. 100452. DOI: 10.1016/ j.ynstr.2022.100452.
- Pashkov A.A., Dakhtin I.S., Kharisova N.S. Electroencephalographic Biomarkers of Experimentally Induced Stress // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Psychology. 2017. V. 10, № 4, Р. 68–82. doi: 10.14529/psy170407.
- Frisch J.U., Häusser J.A., Mojzisch A. The Trier Social Stress Test as a paradigm to study how people respond to threat in social interactions // Frontiers in Psychology. 2015. V. 6. P. 14. doi: 10.3389/fpsyg.2015.00014.
- Castaldo R, Montesinos L, Melillo P, James C, Pecchia L. Ultra-short term HRV features as surrogates of short term HRV: a case study on mental stress detection in real life // BMC Medical Informatics and Decision Making. 2019. V. 19. Р. 1-13. doi: 10.1186/s12911-019-0742-y.
- Tharion E., Parthasarathy S., Neelakantan N. Short-term heart rate variability measures in students during examinations // National Medical Journal of India. 2009. Т. 22. № 2. С. 63-66.
- Lucini D. Norbiato G., Clerici M., Pagani M. Hemodynamic and autonomic adjustments to real life stress conditions in humans // Hypertension. 2002. Т. 39. № 1. С. 184-188. doi: 10.1161/hy0102.100784.
- Kim HG, Cheon EJ, Bai DS, Lee YH, Koo BH. Stress and Heart Rate Variability: A Meta-Analysis and Review of the Literature // Psychiatry Investigation. 2018. V. 15(3). P. 235-245. doi: 10.30773/pi.2017.08.17.
- Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // European Heart Journal. 1996. № 17. Р. 354–381.
- Baevsky R.M., Ivanov G.G., Chireikin L.V., at al. Analysis of heart rate variability using various electrocardiographically systems // Vestnik of Arythmology. 2001. № 24. P. 65-87.
- Kretova I.G., Vedyasova O.A., Komarova M.V., Shiryaeva O.I. Analysis and forecasting of reserve capabilities of the organism of students according to indices of heart rate variability // Hygiene and Sanitation. 2017. V. 96. № 6. P. 556-561. doi: 10.1882/0016-9900-2017-96-6-561-568.
- Aaron T. Beck, Gary Emery. Anxiety disorders and phobias. A Cognitive Perspective. Copyright 2020 by Dialektika Computer Publishing Ltd. 2020. 432 p.
- Spitsin A.P., Spitsina T.A. Heart rhythm variability during mental stress // Hygiene and Sanitation. 2011. № 4. Р. 65-68.
- Storniolo J.L., Correale L., Buzzachera C.F., Peyre-Tartaruga L.A. Editorial: New perspectives and insights on heart rate variability in exercise and sports // Frontiers in Sports and Active Living. 2025. V. 7:1574087. doi: 10.3389/fspor.2025.1574087.
Supplementary files
