CC BY
3
FORCE CHARACTERISTICS OF MOVEMENTS DURING WRITING AS A CRITERION FOR ASSESSING THE FUNCTIONAL STATE OF THE NERVOUS
SYSTEM
AC. A. Lisitsyna
The author has devised a technique whereby a curve of pressure exerted by the pen during writing can be plotted and evaluated quantitatively in an automatic way using the following main characteristics of movements: mean force of pressure, mean force of pressure per fragment (a «fragment» being defined as the time^of continuous writing), and
mean modulation of pressure per fragment. From statistically significant variations in these characteristics within identical pieces of a text written at the beginning and end of a writing session (dictation), it is possible to assess ta| changes that have taken place in the functional state of tlrl nervous system.
Методы исследования
УДК «12.172.2-053.5-087.1
Ю. М. Пратусевич, С. Б. Королев, К■ А. Лисицына
МЕТОДИКА СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА РИТМА СЕРДЦА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ШКОЛЬНИКОВ
Институт гигиены детей и подростков Министерства здравоохранения СССР, Москва
Ритм сердца тесно связан с другими физиологическими функциями, поэтому его можно применять как один из интегральных показателей состояния организма в условиях деятельности. В покое сердцу присущи самоконтроль, саморегуляция и самоуправление, т. е. автономность управления. При работе происходит централизация управления, степень которой зависит от способности и возможности сердца адекватно обеспечивать необходимый уровень кровоснабжения органов и тканей в процессе работы. Следовательно, изменение ритма сердечных сокращений можно использовать как универсальную оперативную реакцию на любую работу (умственную или физическую). По современным представлениям (Р. М. Баевский и И. Г. Нидеккер, 1968а; Р. М. Баевский и В. И. Кудрявцева; В. А. Варламов), последовательность сокращений сердца — функция управления процессом формирования импульсов возбуждения в синусовом узле. Р. М. Баевским была предложена двухконтурная модель системы управления ритмом сердца, состоящая из центрального и автономного контуров. Сущность авторегуляции состоит в работе в режиме компенсации отклонений. Контур центрального регулирования обеспечивает поступление в систему синусового узла корригирующих импульсов через корково-под-корковые связи, которые обеспечивают влияние на ритм сердца внешней среды. Для различия изменений отдельных звеньев системы управления ритмом сердца, прежде всего со стороны центральных регуляторных механизмов, предложены математические методы анализа последовательности ряда кардиоинтервалов. С этой целью А. Д. Воскресенский и М. Д. Вентцель, Р. М. Баевский
рекомендуют брать 100—120 значений ряда интервалов R—R ЭКГ.
Обычно для анализа сердечного ритма вычисляют автокорреляционную функцию (АКФ), которая позволяет «усилить» периодические и «ослабитМ» случайные колебания исследуемого показателя-В случае сложного процесса, содержащего периодические и случайные составляющие, АКФ имеет вид постепенно затухающей кривой, на которую наложены периодические составляющие исследуемого колебательного процесса. Эти периодические составляющие АКФ представляют комбинации дыхательных и «медленных» волн, что существенно затрудняет количественное описание сердечного ритма по картине АКФ.
Среди множества математических приемов анализа, применяемых в физиологии, наибольшее признание в последние годы получили спектральные методы (Дж. Бендат и А. Пирсол), предметом анализа которых является наиболеее важная характеристика изучаемых процессов — спектральная плотность, описывающая распределение мощности по частотам. Признание метода спектрального анализа объясняется в первую очередь простотой физиологической интерпретации спектра мощности и когерентности и строгостью математической теории, на которую он опирается.
Для количественной оценки периодических составляющих в последовательных рядах кардиоинтервалов целесообразно использовать метод спектрального анализа сердечного ритма. Эт%г метод подробно рассмотрен в работах И. Г. Нидеккер. Р. М. Баевский и И. Г. Нидеккер (19686) применили при вычислении спектральной плотности (СП) ритма сердца цифровой фильтр Хеммин-
га — Тьюки. СП ритма сердца вычисляли путем использования преобразования рядов Фурье к предварительно сглаженной по Хеммингу — Тьюки АКФ. Применение цифровых фильтров необходимо для уменьшения смещаемости и дисперсии оценок спектральной плотности. Между тем фильтр Хемминга — Тьюки дает менее точные результаты, Л'ем фильтр Парзена. Дисперсия оценки Парзена меньше, чем Хемминга — Тьюки (Г. Дженкинс и Д. Ватте). Установлено (В. Д. Труш и А. В. Ко-риневский), что при сравнении разных фильтров фильтр Парзена дает лучшие результаты при вычислении оценок взаимной спектральной мощности и спектров когерентности. Фильтр Парзена выявляет наиболее приемлемые по сравнению с другими фильтрами показатели смещения и дисперсии для оценок спектральной плотности. Это дало нам основание модифицировать методику И. Г. Нидек-кер и использовать фильтр Парзена при вычислении спектральной плотности ритма сердца
В настоящей работе предпринята попытка оценить функциональное состояние школьников при выполнении ими двух видов сложной сенсомотор-ной деятельности с помощью спектрального анализа ритма сердца. В первом случае у 10 здоровых и хорошо тренированных учащихся 6-го класса на лабораторной установке, имитирующей посадку самолета, исследовали переделку сенсомоторного навыка управления инерционным объектом (Ю. М. Пратусевич и соавт.). Эксперимент состоял *з 40 проб у каждого испытуемого в трех режимах работы. Вначале 10 проб проходили в привычном режиме (ручка управления от себя — «самолет» движется вниз, к себе — вверх). Данные этих проб служили в качестве фоновых. Затем после соответствующей инструкции следовали 20 проб в новом режиме работы (ручка управления от себя — «самолет» движется вверх, к себе — вниз). Потом проводили 10 проб в первоначальном варианте соотношения ручки управления и направления ускорения объекта (контроль). По данным первых 10 проб (фон), все испытуемые были разделены на две группы: 1-ю (4 человека) составили испытуемые, у которых старый навык достиг высокой степени совершенства (они посадили не менее 7 из 10 «самолетов»), 2-ю (6 человек) — учащиеся с менее совершенным навыком (менее 7 успешных проб из 10). В новых условиях работы в обеих группах результаты стали явно хуже (в 1-й — 6,2 из 10, во 2-й — 3,7 из 10). В контроле 1-я группа стала работать хуже, чем в фоне (6,9 против^ 8,8 из 10), а 2-я — лучше (6,3 против 5,1 из 10)/
Во втором случае у 15 здоровых учащихся 6-го класса изучали функциональное состояние при осуществлении такого сложного сенсомоторного навыка, как скоропись. Дети писали под диктовку в течение 15 мин в произвольном темпе, адекватном для каждого.
1 Математическое описание фильтра Парзена приведено, в частности, в книге Г. Дженкинса и Д. Ваттса (1971, с. 289-310).
Кривые СП ряда интервалов R—R ЭКГ у испытуемого № 3 из 2-й группы (А) и испытуемого Л? 9 группы (Б) при переделке сенсомоторного навыка.
I — фон; 2 — переделка; 3 — контроль.
Спектральному анализу подвергали показатели последовательности 150 кардиоинтервалов в каждом из трех режимов работы (фон, переделка навыка, контроль) в начале, середине и конце работы при письме. Значения интервалов R—R ЭКГ измеряли по записи ее на ленте электрокардиографа. Скорость записи была 25 мм/с. Ошибка измерения не превышала 0,02 с (2 %). Значения ряда кардиоинтервалов набивали на перфоленту и вводили в ЭВМ «Видеотон ЮЮБ». Программа получения АКФ и вычисления из нее СП разработана нами. СП ряда интервалов R—R ЭКГ позволяла разделить дыхательные и «медленные» волны, выступавшие на кривой АКФ в комбинации друг с другом. В распечатках графиков частоты СП откладывались по оси абсцисс от 0,01 Гц (период волн 100 с) до 0,5 Гц (период 2 с), амплитуда СП — по оси ординат в относительных единицах. Для удобства анализа динамики периодических компонентов ритма сердца на каждом графике совмещали 3 кривые СП ритма сердца для каждого режима управления инерционным объектом или времени работы (1—2-я минута письма, 7—8-я минута, 14—15-я минута письма). Анализ динамики этих кривых СП ритма сердца позволял оценить изменения функционального состояния школьников в процессе деятельности.
При изучении СП ритма сердца при переделке навыка выявлен разный характер динамики функционального состояния испытуемых с хорошо автоматизированным (1-я группа) и менее совершенным (2-я группа) навыком. Рассмотрим эту динамику на конкретных представителях каждой группы.
У испытуемого № 3 (2-я группа) вся энергия спектра (см. рисунок, А) сконцентрирована преимущественно на нулевой частоте (50). Это «спектр нагрузки» (Р. М. Баевский и И. Г. Нидеккер, 1968а), при котором самую большую амплитуду имели волны с периодом более 100 с. Последнее указывало на напряженность механизмов, регулирующих ритм сердца в данной работе, что можно
объяснить несовершенством навыка у испытуемых 2-й группы. При переделке навыка выявлялись волны с периодом 20 с, но уже не было «спектра нагрузки». При повторной работе в привычном режиме наибольшая энергия СП на частотах с периодом 12,5—14,3 с, что согласовалось с результатами деятельности (в контроле результат успешных проб выше, чем в фоне, т. е. новый режим не разрушал динамический стереотип старого навыка).
У испытуемого № 9 (1-я группа), как видно на рисунке Б, наблюдалась противоположная картина: в фоне волны с периодом 7 и 33 с выражены умерено, «спектр нагрузки» отсутствовал. При переделке навыка возрастала амплитуда на частотах 100—14,3 с и полностью исчезала волна с периодом 7 с. В контроле же весьма резко увеличивалась амплитуда СП на нулевой частоте, приводя к характерной картине «спектра нагрузки». По-видимому, переделка высокоавтоматизированного навыка вела к процессу выработки во второй ее фазе нового динамического стереотипа (Ю. М. Пра-тусевич и соавт.), который нарушался в контроле-при переходе на старый режим работы. Это вызывало напряжение механизмов, регулирующих и приспосабливающих ритм сердца к новой деятельности. Указанные факты согласуются с данными, полученными в сходных задачах на слежение у взрослых операторов (В. М. Ахутин и соавт.).
Анализ скрытых периодичностей ритма сердца позволил оценить функциональное состояние школьников при письме под диктовку. Дети приходили на исследование после б классных уроков: одни, как выявила в начале письма кривая СП ряда интервалов Я—/? ЭКГ, были более утомлены занятиями, другие — меньше, у третьих утомление не обнаружено. Характер динамики функционального состояния, отраженный в изменениях периода и амплитуды периодических колебаний ритма сердца в процессе работы, позволил разделить всех испытуемых на 3 группы.
В 1-ю группу вошли 5 испытуемых (№ 5, 7, 9, 10 и 12), у которых была неудовлетворительная приспособительная реакция центральных механизмов регулирующих ритм сердца в процессе письменной работы, 2-ю группу составили 6 испытуемых (№ 4,6,8, 11, 14 и 15), у которых наблюдалась удовлетворительная приспособительная реакция сердца к письменной работе, 3-ю группу — 4 испытуемых (№ 1—3 и 13), у которых отмечалось утомление как в начале, так и в конце письма. В 1-й группе у испытуемых № 5 и 10 в начале работы утомление отсутствовало (наибольшую амплитуду имели волны с периодом 8,3 и 12,5 с), а у испытуемых № 7, 9,'12 оно имело (наибольшая амплитуда была у волн с периодом более 100 с или 100—25 с). В середине работы у 4 испытуемых (№ 5, 7, 9 и 10), а в конце ее у всех энергия СП резко возрастала на нулевой частоте и частотах волн с периодом 100 и 50 с , кривая СП принимала вид «спектра нагрузки». Это указывало на появление
утомления в конце работы или его увеличение. Интерпретация появления или возрастания амплитуды «медленных» волн в СП ритма сердца согласуется с данными литературы (Р. М. Баевский и В. И. Кудрявцева; П. И. Гуменер и соавт.).
Во 2-й группе испытуемые (№ 4, 6, 8, 14 и 15) в начале работы имели «спектр нагрузки», что объясняется, видимо, утомлением после 6 уроков^ В середине работы у некоторых (№ 4, 6, 8) период волны с максимальной амплитудой с величины более 100 с сместился на величину 20, 11 и 3,7 с, что указывало на уменьшение утомления и падение напряженности центральных механизмов, регулирующих ритм сердца. У других учащихся в середине работы утомление не уменьшалось (№ 14 и 15) или даже несколько возрастало (№ 11), что проявлялось в том, что «спектр нагрузки» не менялся, а амплитуда волн с периодом более 100, 100—50 с оставалась прежней или несколько увеличивалась. Однако в конце работы во всех случаях волны с периодом более 100, 100—50 с имели значительно меньшую амплитуду, чем в ее начале. Это позволяет заключить, что в процессе деятельности функциональное состояние испытуемых улучшалось.
В 3-й группе кривые СП ритма сердца испытуемых указывали на наличие утомления: у одних одно было более выражено (№ 2 и 3), у других — несколько менее (№ 13) или умеренно (№ 1). В начале работы почти у всех учащихся максимальЦ^ ная амплитуда волны имела период более 100 с и лишь у одного — 25 с. В середине работы амплитуда «медленных» волн несколько увеличилась (№ 1 и 13) или не менялась (№ 3), а у испытуемого № 2 максимальная амплитуда сместилась с частоты 100—50 с на частоту 9,1 с. В конце работы амплитуда и период «медленных» составляющих СП снова устанавливались на уровне начала работы. Следовательно, правомерно считать, что при сравнении кривых СП начала и конца работы не выявлено существенных изменений функционального состояния испытуемых.
До и после письма мы оценивали работоспособность при решении сенсомоторной задачи на точность прохождения пути в пробе «лабиринт» Н. И. Озерецкого по числу касаний стенок лабиринта. У испытуемых 1-й группы оно достоверно увеличивалось с 10,59 до 19,35. У испытуемых 2-й группы значимых изменений не отмечено (11,38 и 13,80), у испытуемых 3-й группы зарегистрировано достоверное увеличение числа касаний стенок лабиринта с 16,99 до 29,74.
Таким образом, примененная нами корректная форма спектрального анализа ряда интервалов /?—/? ЭКГ дает наиболее приемлемые по сравнД нию с другими способами (фильтры Хеммннга — Тьюки, Бартлетта) показатели смещения и дисперсии оценки спектральной плотности. Это позволяет получить максимум объективных данных о функциональном состоянии человека в процессе деятель-
ности по минимуму сведений (величине ряда кар-диоинтервалов). Предложенная модификация методики вычисления СП ритма сердца (цспользова-
ЛИТЕР
Ахутин В. М., Зингерман А. М.. Кислицын М. М. и др.—
Физиология человека, 1977, № 2, с. 295—301. баевский P.M. — В кн.: Теоретические и прикладные ' аспекты анализа временной организации биосистем.
М., 1976, с. 88—111. Баевский Р. М., Нидеккер И. Г. — В кн.: Статистическая электрофизиология. Вильнюс, 1968а, ч. 1, с. 49—54. Баевский Р М., Нидеккер И. Г. — В кн.: Вычислительная техника в физиологии и медицине. М., 19686, с. 151-162.
Баевский Р. М., Кудрявцева В. И. — Физиология человека, 1975, №2, с. 296—301. Бендат Дж., Пирсол А. Изменение и анализ случайных
процессов. М., 1974. Варламов Т. А. Физиологическая характеристика и методы исследования некоторых видов нервнонапряжен-ного труда. Автореф. дис. докт. М., 1974.
ние фильтра Парзена) позволит повысить эффективность исследований в области гигиены детей и
подростков и гигиены труда.
ТУРА
Воскресенский А. Д., Вентцель М. Д. Статистический анализ сердечного ритма и показателей гемодинамики в физиологических исследованиях. М., 1974.
Гуменер П. И., Глушкова Е. К., Веремкович Л. В. — Гиг. и сан., 1977, .V? 7. с. 45—49.
Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. М., 1971, вып. 1.
Нидеккер И■ Г. Выявление скрытых периодичностей методом спектрального анализа. Автореф. дис. канд. М., 1968.
Нидеккер И. Г. — В кн.: Математические методы анализа сердечного ритма. М., 1968, с. 119—127.
Пратусевич Ю. М., Лисицына К. А., Соловьев А. В. — В кн.: Гигиена детей и подростков. М., 1978, вып. 5, с. 42—53.
Труш В. Д., Кориневский А. В. ЭВМ в нейрофизиологических исследованиях. М., 1978.
Поступила 28/111 1979 в.
УДК 613.49:661.186(049.5)
3. С. Маркова, А. И. Саутин
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ В БЫТУ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
г
В настоящем сообщении сделана попытка отра- Ю. Как часто и длительно используете в быту CMC (сколь-
ботать по данным анкетного опроса населения ме- к° P« 8 неделю, продолжительность каждой проце-
тодическую схему к изучению санитарной ситуа- дТ" каких целей применяете СМС в'быту (для стир-
ЦИИ при применении синтетических моющих ки, мытья и чистки посуды, уборки помещения и др.)?
средств (CMC) В условиях быта. 12. Пользуетесь ли услугами фабрик-прачечных и пра-
Анкетирование осуществляли по специально чечных самообслуживания или проводите стирку в до-
- у . 3 , машних условиях (вручную или с помощью стираль-
разработаннои карте (см. ниже) с целью выявления ной машины)? I . ..........
возможного дискомфортного состояния организ- 13. Соблюдаете ли рекомендации по применению CMC
ма при применении препаратов бытовой химии, (дозировка препарата, температура раствора, число
наиболее значимых путей поступления их в орга- отполаскивании белья и др.)?
J J г 14. Применяете ли при пользовании CMC защитные сред-
низм, наиболее распространенного среди населе- ст;а (перчатки, маски, кремы, и др.)?..... .
НИЯ неблагоприятного действия ИХ (кожно-раздра- 15. Возникают ли при использовании CMC в условиях
жающего, аллергенного, токсического И Др.), ча- быта неприятные ощущения (насморк, астматические
стоты, цели, продолжительности и режима их
применения, отношения населения к ним, пожела- ние 3ya> сухость> покраснение и др., состояния ног-
ний и замечаний опрашиваемых и др. тей рук — слоистость, ломкость, деформация и др.)?
Когда возникают эти явления и как долго держатся?
КАРТА 16. Ваше отношение к CMC •........ , , . ,
опроса населения, применяющего CMC в быту
V д ..................... * * Опрос проводили на базе трех медицинских уч-
з пол60 .;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; реждений и научно-исследовательских институ-
4' Возраст '!!!!!!!!!.'.......! ! TOB, что позволило получить более адекватную и
5. Профессия ....................................грамотную информацию по интересующим нас во-
6; Место работы (имеется ЛИ связь С вредными условиями просам< Полученные почти от 400 женщин в воз-
7. СмиДосТтрыми и хроническими заболеваниями стра- Расте от 20 Д° 50 ^нные обрабатывали В виде Г даете (заболевания дыхательных путей, легких, пе- абсолютных величин из расчета на 100 человек и
чени, желудочно-кишечные, сердечно-сосудистые, в процентном отношении от общего количества
кожные), частота простудных заболеваний .... жалоб
8. Связываете ли возникновение указанных заболеваний ^ , ' ____ ___„„„„„ о л о/ „„ ________________
с действием CMC? .......................Оказалось, что около 80 % от всего ассортимен-
9. Какие CMC применяете? ............ та препаратов бытовой химии составляют CMC и
