CC BY-ND
30
28
ЗНиСО ИЮЛЬ IW (200)
УДК 613.62:612.822.8:616.12-008.3 cq:
ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И СПЕКТРАЛЬНЫХ sE ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОБ У ВОДИТЕЛЕЙ СО СТАЖЕМ ||
М.М. Некрасова
ГБОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия» Минздрава России,
г. Нижний Новгород, Россия
При проведении исследования было установлено, что для идентификации острого стресса информативным показателем является мощность спектра вариабельности сердечного ритма в диапазоне очень высоких частот 0,45-2 Гц (ОВЧ). В момент стресса были зарегистрированы максимумы мощности в этом диапазоне. При одновременной регистрации энцефалограммы было отмечено, что острый стресс также сопровождается кратковременным снижением коэффициента асимметрии в лобных областях. Таким образом, выявленные маркеры способствуют раскрытию механизмов развития острого стресса в условиях профессиональной деятельности у водителей.
Ключевые слова: водители, профессиональный стресс, вариабельность сердечного ритма, энцефалография.
M.M. Nekrasova □ CHANGES OF EEG PARAMETERS AND SPECTRAL INDICES OF HEART RATE VARIABILITY WHEN CONDUCTING FUNCTIONAL TESTS AT DRIVERS □ Nizhny Novgorod State Medical Academy of the Ministry of Health of Russia, Nizhny Novgorod, Russia
While conducting the research it was found that for identification of acute stress informative parameter is the power spectral of heart rate variability in the very high frequency of 0,45-2 Hz (VHF), at the time of stress were recorded maximum power in this range. Simultaneous registration of EEG, it was observed that acute stress is also accompanied by short-term reductions in the coefficient asymmetries in frontal areas. Thus, the identified markers contribute to reveal the mechanisms of acute stress in the context of professional activity of drivers.
Key words: drivers, occupational stress, heart rate variability, encephalography.
Изучение комплекса реакций организма позволяет более надежно идентифицировать функциональное состояние (ФС) человека [2, 5]. Существует необходимость сопоставления данных о ФС, полученных в стационарных условиях, при проведении медицинских осмотров и в реальных условиях выполнения работы. Особенно актуальна данная проблема для видов профессиональной деятельности, где человеческий фактор является основным для обеспечения безопасности. Деятельность водителя автотранспортных средств предъявляет особые требования к ресурсам и адаптивности физиологической системы. При воздействии высокой напряженности труда и вредных производственных факторов у водителей часто наблюдается перенапряжение и истощение регуляторных систем, с увеличением стажа ведущее к развитию хронических неинфекционных заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем [3, 8].
Цель исследования - изучение взаимосвязей психофизиологических показателей при проведении функциональных проб у водителей со стажем.
Материалы и методы. В исследовании принимали участие водители автобусов и грузовых машин (30 человек, возраст - 45,6 ± 12,9 лет, стаж - 23,7 ± 9,1 лет), проходившие периодический медицинский осмотр в Нижегородском научно-исследовательском институте гигиены и профессиональной патологии Роспотребнадзо-ра. Участники исследования дали добровольное информированное согласие. Для исследования был использован комплекс методов оценки ФС. Проводили анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) на программно-аппаратном ком-
плексе «Поли-Спектр» (фирмы «Нейро-Софт», г. Иваново, Россия) по 5-минутным записям ЭКГ при фоновой пробе (в положении лежа) и активной ортостатической пробе (АОП) (стандартная модель физического стресса). Регистрировали спектральные показатели ВСР: общая мощность спектра - ТР (мс ), мощность низкочастотных волн - ЬБ (мс ), мощность высокочастотных волн - НБ (мс ), индекс вегетативного баланса (ИВБ) [3]. Также была проанализирована область спектра ВСР очень высоких частот (ОВЧ) (0,45-2 Гц), которая отражает краткосрочные регуляторные воздействия на сердечный ритм [10]. В условиях профессиональной деятельности для измерения и оценки ВСР водителей применяли телеметрические системы.
Для количественной оценки первичных когнитивных функций измеряли величины дифференциальных порогов цветоразличения в трех базовых оттенках (красном - Я; зеленом -О; синем - В) и порогов латерализации дихоти-ческого звукового стимула с помощью компьютерных методов латерометрии (ЛМ) и кампи-метрии (КМ) [1, 9]. При проведении ЛМ регистрировали время начала движения сигнала «влево» и «вправо» (йШтЬ, йШтЩ, остановки в крайнем латеральном положении (ЖтахЬ, ЛтахК), «расщепления» сигнала (dtrashL, йХтахЬК). Сопоставляя симметричные пороги для одних и тех же моментов латерализации звукового образа, вычисляли коэффициенты функциональной межполушарной асимметрии (Asmin, Asmax, Asrash) [9].
Был проведен анализ данных по динамическому спектральному анализу записей ЭЭГ водителей грузовых автомобилей. Для спектрально-
ИЮЛЬ М (200) ЗНивО
29
го анализа использовались 8 записей по 15 мин с интервалом вычисления спектральной мощности через каждые 10 с. Вычислялся спектр мощности для следующих частотных диапазонов: тета (4-8 Гц), альфа (8-12 Гц), бета1 (1324 Гц) и бета2 (25-35 Гц). Для статистической обработки использовались абсолютные значения мощностей (мкВ ), коэффициенты асимметрии. С целью выявления маркеров стресса проводилось сопоставление фоновых значений и показателей при проведении функциональных проб (гипервентиляция, открывание и закрывание глаз). Одновременно проводилась непрерывная регистрация ЭКГ с последующей обработкой спектра вариабельности сердечного ритма с применением динамического Фурье-анализа с окном преобразования 100 с, шагом 10 с и регистрацией стресс-реакций. Перед проведением функциональных проб у водителей оценивали уровень эмоциональной дезадаптации (УЭД) по шкалам: безопасность, единение, достижение, признание [6]. Данные психофизиологического исследования были сопоставлены с клиническими показателями состояния здоровья, полученными из материалов обследования водителей в рамках периодических медицинских осмотров. Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием программного пакета Statistica 6.0.
Результаты исследования. При использовании комплекса методов оценки ФС были выявлены достоверные взаимосвязанные изменения психофизиологических показателей. Снижение функционального напряжения характеризуется повышением дифференциального порога цветоразличения в зеленом базовом оттенке, снижением УЭД по шкале признание (Я = -0,55 Я = -0,57, р = 0,001) и доминированием левого полушария по коэффициенту Asrash (Я = 0,53, р = 0,004). При повышении порога в синем базовом оттенке регистрировали достоверное доминирование правого полушария по коэффициенту Asrash (Я = 0,52, р = 0,038), возрастание УЭД по шкале достижение (Я = 0,53, р = 0,04), что указывает на увеличение функционального напряжения. Эмоциональное напряжение по превышению порога в синем базовом оттенке при КМ было отмечено у 37,5 % водителей, ухудшение ФС ЦНС по снижению коэффициента функциональной межполушарной асимметрии при ЛМ зафиксировано у 54,2 % водителей.
В процессе вождения с помощью непрерывных телеметрических измерений сердечного ритма у водителей в периоды предаварий-ных ситуаций регистрировали реакции острого стресса. Результаты исследования указывают на более стрессогенный характер деятельности у водителей автобусов. За время смены водитель общественного транспорта испытывает более 60 стрессовых ситуаций. Наиболее часто они возникали в период посадки и высадки пассажиров, что составило около 49 % всех стресс-реакций и были обусловлены повышенной ответственностью за жизнь людей. Возрастание количества реакций напряжения оказывает неблагоприятное воздействие на ССС, вызывает утомление.
При проведении функциональных проб в стационарных условиях также регистрировали моменты острого стресса по изменению спектральных показателей ВСР: снижению ТР при одновременном увеличении ИВБ (рис. 1). Оптимальному уровню функционирования организма соответствует широкий размах физиологических ЭКГ и ЭЭГ-изменений, поэтому для идентификации были выбраны точки крайних сдвигов ФС - стресс и фон. В момент стресса во всех случаях регистрировали кратковременное, в течение 10 с, резкое снижение коэффициента асимметрии (абсолютного и относительного) в альфа-диапазоне во фронтальных отведениях (Р3-?4). В области ОВЧ фиксировали значительное увеличение мощности спектра ВСР (рис. 2).
ТР, МС2
1000 900 800 700 600 500 100 300 200 100 о
7ч
7
\
ч. __ ^
■ -ТР
■ ИВБ
0:08:10 0:08:20 0:05:30 0:08:40 0:08:50 0:09:00
время, с
Рис. 1. Динамика спектральных показателей ВСР при стресс-реакции во время гипервентиляции (ТР - общая мощность спектра, ИВБ - индекс вегетативного баланса)
Мощность 12ооа ОВЧ, мс2
10000 8000 £000 1000 2000 о
А П Г ] _
/ \ > ч
\ — \ ч \
20 10
о -10 -20 -30 -40 -50 -60
1 1АКД
--—1.15 Гц
0:00:10 0:08:20 0:08:30 0:08:40 0:08:50 0:09:00 время, с
Рис. 2. Изменение мощности максимальной по амплитуде частоты области спектра ОВЧ ВСР (1,15 Гц) и абсолютного коэффициента асимметрии (АКА) в лобных отведениях (Г3-Р4) в альфа-диапазоне при стресс-реакции во время гипервентиляции
При ЭЭГ в некоторых случаях в этот период происходила смена знака асимметрии (табл. 1), также отмечалось достоверное возрастание мощности спектра в альфа-диапазоне по сравнению с фоновыми значениями по всем отведениям, снижение коэффициента асимметрии по центральным (С3-С4) и височным отведениям (Т3-Т4); у одного из обследуемых наблюдалось снижение коэффициента асимметрии одновременно в трех диапазонах (альфа, бета1, бета2).
30
ЗНиСО июль N07 (280)
Таблица 1. Значения абсолютного коэффициента асимметрии в лобных отведениях (F3 - F4) альфа-диапазона при проведении электроэнцефалографии, (Mean ± SD)
Обследуемые При фоновой записи В период стресс-реакции Р =
А.С., 48 л. 53,9 ± 14,7 6,5 ± 5,5 0,0002
Ш.В., 59 л. 30,6 ± 9,2 4,0 ± 3,8 0,0002
Т.М., 34 г. -25,9 ± 13,2 3,1 ± 3,3 0,015
Е.В., 48 л. 29,5 ± 7,0 7,5 ± 4,7 0,0001
З.В., 39 л. -44,8 ± 13,1 -0,16 ± 5,8 0,0001
М.В., 62 г. -40,8 ± 8,9 2,3 ± 4,8 0,0001
М.М., 54 г. -40,6 ± 8,4 -0,6 ± 3,9 0,00001
Н.М., 54 г. -31,5 ± 9,9 -0,32 ± 3,6 0,00001
Фаза острого стресса в отличие от утомления характеризуется энергозатратной реакцией активации. Смена ФС сопровождается быстрой массивной перестройкой спектра ЭЭГ: заметны резкие изменения мощности различных диапазонов, что подтверждают также многие авторы [4, 7]. Имеются данные нейроимиджинговых исследований, которые указывают на то, что при остром стрессе возрастает активность в дорсо-латеральной префронтальной коре, в передней цингулярной коре, базальных ганглиях и вентральном стриатуме, в то же время регистрируются индивидуальные отличия в ответных реакциях на стресс [11]. Исследователи отмечают, что у водителей может наблюдаться дисфункция когнитивной сферы, которая связана с повышенным тонусом ретикулярной формации, которая имеет тесную связь с лимбической системой, осуществляющей функциональное сообщение лобных долей и подкорковых церебральных образований [8]. Можно предположить, что неблагоприятные изменения в когнитивной сфере связаны с увеличением активации лобных областей мозга при стрессе.
В ходе нашего исследования было установлено, что гиперактивация симпатоадреналовой системы характеризуется возрастанием спектральной мощности частот в очень высоком диапазоне спектра ВСР, при этом, с увеличением нагрузки или напряжения происходит сдвиг максимума спектра вправо, в более высокочастотную область. Так при АОП максимум спектральной мощности наблюдался в диапазоне частот 1,1—1,28 Гц, при гипервентиляции — 1,15-1,45 Гц, в процессе вождения - 1,3—1,6 Гц. Смещение максимумов спектральной мощности очень высоких частот спектра ВСР также зависит от ФС и наличия нарушений ССС (табл. 2).
Таблица 2. Значения максимальных по амплитуде частот и спектральной мощности в диапазоне ОВЧ (0,45—2 Гц) при стресс-реакциях, (Mean ± SD)
Показатели ЭКГ- признаки
норма тахикардия брадикар-дия нарушение проводимости
Частота, Гц 1,26 ± 0,01 1,46 ± 0,03* 1,1 ± 0,04* 1,08 ± 0,05*
Мощность, мс2 11 399,1 ± 2 178,4 11 430,5 ± 1 461,7 19 269,7 ± 7 271,3 13 270,6 ± 2 099,9
* р < 0,05 при сравнении с нормой
Выводы.
1. При использовании комплекса методов были установлены значения и взаимозависимые изменения показателей для определения оптимальных и неблагоприятных ФС.
2. Во всех проанализированных случаях была выявлена четкая ковариация между показателями ВСР и ЭЭГ: изменения спектральных показателей ВСР, характерные для стресса, сопровождаются возникновением максимумов спектральной мощности в диапазоне ОВЧ ВСР и снижением коэффициента асимметрии в альфа-диапазоне во фронтальных отведениях ЭЭГ.
3. При оценке изменений биопотенциалов мозга и динамики спектральных показателей ВСР появляется дополнительная возможность верификации острого стресса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антонец В.А. и др. Сенсорная шкала пространственного слуха человека в виртуальном акустическом пространстве / В.А. Антонец, С.А. Полевая, Е.В. Еремин // Сенс. сист. 2002. № 4. С. 291-296.
2. Апрелева Н.Н. и др. Гигиеническая характеристика условий труда и их влияние на функциональное состояние центральной нервной системы рабочих основных профессий вторичной обработки цветных металлов / Н.Н. Апрелева, Н.П. Сетко // Здоровье населения и среда обитания. 2015. № 2 (263). С. 12-14.
3. Баевский Р.М. и др. Использование принципов донозо-логической диагностики для оценки функционального состояния организма при стрессорных воздействиях (на примере водителей автобусов) / Р.М. Баевский, А.П. Берсенева, Е.Ю. Берсенев // Физиология человека: журнал РАН. 2009. № 1 (35). С. 41-51.
4. Ведерко О.В. и др. Системные изменения биохимических и электроэнцефалографических параметров под влиянием информационной нагрузки / О.В. Ведерко, Н.Н. Данилова, М.В. Онуфриев [и др.] // Нейрохимия. 2007. Т. 24. № 2. С. 172-179.
5. Ворона А.А. и др. Методика определения показаний к послесменной экспресс-коррекции психофизиологического статуса персонала объектов по уничтожению химического оружия / А.А. Ворона, И.М. Жданько, С.Д. Чистов [и др.] // Здоровье населения и среда обитания. 2015. № 5 (266). С. 27-30.
6. Григорьева В.Н. Способ оценки эмоционального состояния человека / В.Н. Григорьева, А.Ш. Тхостов // Патент Российской Федерации RU 2291720 С1. (опубликован 20.01.2007, Бюл. № 2).
7. Гусев А.Н. Психофизика сенсорных задач: системно-деятельностный анализ поведения человека в ситуации неопределенности. М.: Издательство Московского университета, 2004. 316 с.
8. Прокопчук Н.Н. и др. Состояние сердечно-сосудистой системы и когнитивные нарушения у мужчин-водителей / Н.Н. Прокопчук, Н.В. Скребцова, В.В. Попов [и др.] // Медицина труда и промышленная экология. 2015. № 6. С. 1-7.
9. Щербаков В.И. и др. Способ исследования цветового зрения человека / В.И. Щербаков, М.К. Паренко, С.А. Полевая // Патент Российской Федерации RU.2002. № 2222250.
10. Onorati F. et al. Characterization of affective states by pupillary dynamics and autonomic correlates / F. Onorati, R. Barbieri, M. Mauri [et al.] // Front Neuroeng. 2013. Nov. 6. P. 6-9. doi: 10.3389/fneng.2013.00009. eCollection 2013.
11. Starcke K. et al. Decision making under stress: a selective review / K. Starcke, M. Brand // Neuroscience and Biobe-havioral Reviews. 2012. № 36. P. 1228-1248.
Контактная информация:
Некрасова Марина Михайловна, тел.: +7 (831) 432-70-63, e-mail: nmarya@yandex.ru Contact information: Nekrasova Marina, р^эм: +7 (831) 432-70-63, e-mail: nmarya@yandex.ru
