CC BY
16Физиология
УДК 613.6+616-003.96+612.1./001.33
© 2011 Л.Н. Гондарева
НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К МЕХАНИЗМАМ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ АДАПТАЦИИ К РАЗЛИЧНЫМ ВИДАМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Исследование нейродинамической структуры ЭЭГ правого полушария и кардиоритмограммы у 474 испытуемых с различным сочетанием умственного и физического труда обнаружило, что у лиц с корковым доминированием независимо от вида деятельности развито взаимодействие между контурами управления СР; у лиц с корково-лимбическим доминированием снижено участие кардиоингибиторного центра в регуляции СР; у лиц с лимбико-стволовым доминированием недостаточно развиты гомеостатические механизмы межсистемной регуляции СР. Дисфункции межсистемного взаимодействия у лиц II и III типа отмечаются при стаже 6-10 лет умственного труда, а у лиц II типа - 11-15 лет тяжелого физического труда, что связано с активацией контуров управления СР через нервные и гуморальные влияния в первом случае, и недостаточностью гомеостатических резервов во втором.
Ключевые слова: профессиональная адаптация, нейродинамическая структура ЭЭГ, тип адаптивной пластичности, сердечный ритм, межсистемные взаимоотношения.
Известно, что адаптация к различным видам трудовой деятельности является следствием многостороннего постоянного взаимодействия функциональных систем организма, протекающего при оптимальном развитии адаптации на фоне согласования уровней их активности. Таким образом, количественные характеристики взаимодействия функций являются объективным коррелятом интегрального состояния человека [1]. Оценка характеристик меж-системного взаимодействия является комплексной методической задачей, теоретической основой которой является концепция о принципах обеспечения деятельности мозга многозвеньевыми системами с жесткими и гибкими звеньями регуляции, причем адаптация и целенаправленная деятельность человека обеспечивается за счет интракортикальных взаимодействий, в механизмах которых существенная роль принадлежит системе гибких связей в мозге [2]. В свою очередь установлено, что функциональной основой гибких звеньев регуляции при развитии адаптивных процессов являются медленные и сверхмедленные волны биоэлектрической активности [3]. В то же время показано, что изменение структурнофункциональных взаимоотношений в головном мозге находит свое отражение в организации ЭЭГ, которая реализуется за счет перераспределения взаимосвязей между основными нейрокомпонентами (волнами), существенную роль среди которых играет альфа-ритм. Для лиц с высоким уровнем пластичности ЦНС структура ЭЭГ представляет собой единое связное множество взаимодействующих между собой компонентов [4, 5]. Для лиц с низким уровнем
пластичности структура ЭЭГ разбивается на совокупность несвязанных между собой компонентов. С другой стороны, наличие медленных и сверхмедленных волн в мозге проявляется не только при прямой регистрации, но и в виде модуляционных воздействий, в частности, медленных волн, выделяемых в сигналах кожно-гальванической реакции и в регуляторных параметрах сердечно - сосудистой системы [6]. Выделение медленных волн из физиологических процессов позволяет расширить и дополнить информативность существующих методов их регистрации, а количественная оценка углубляет представление о закономерности системной организации адаптивных реакций.
С точки зрения индивидуально-типологических особенностей, определяемых уровнем пластичности мозга, изучение межсистемного взаимодействия при управлении ритмом сердца в процессе профессиональной адаптации представляется перспективным. Настоящая работа посвящена анализу структуры сердечного ритма у здоровых испытуемых, занятых преимущественно умственным, смешанным или преимущественно физическим трудом, с различным уровнем организации ЭЭГ при профессиональной адаптации.
Объем и методы исследований. Исследование выполнено на 474 здоровых испытуемых в возрасте от 18 до 45 лет, причем 132 человека занимались тяжелым физическим трудом в подземных условиях (горнорабочие проходческих и очистных забоев, электрослесари подземные); 59 занимались сенсомоторным умственным трудом (машинисты энергоблоков); 192 человека логическим умственным трудом (студенты младших - 146 человек и старших - 53 человека - курсов); 50 человек занимались логическим трудом с нестандартной деятельностью (инженерно-технические работники ГРЭС).
У всех испытуемых проведена запись ЭЭГ лобно-затылочного отведения справа и рит-мограмма сердечных сокращений в 1-м стандартном отведении ЭКГ, время наблюдения 4 минуты. Обработку ЭЭГ проводили методом комбинаторного анализа, позволяющего оценить количественное взаимодействие основных нейрокомпонентов ЭЭГ и на основе этой оценки сделать заключение о типе организации и доминирования мозговых процессов [5]. Все испытуемые были разделены на лиц с I типом организации ЭЭГ и корковым доминированием (высокоадаптивные лица с вероятностью взаимодействия альфа-компонент, превышающей 0,7 в состоянии психосенсорного и оперативного покоя); со II типом организации ЭЭГ и корково-лимбическим доминированием (среднеадаптивные лица с вероятностью взаимодействия альфа-компонент от 0,5 до 0,7 в обоих состояниях); с III типом организации ЭЭГ и лимбико-стволовым доминированием (низкоадаптивные лица с вероятностью взаимодействия альфа-компонент менее 0,5 в обоих состояниях). Обработку ритмограммы сердечных сокращений проводили по нескольким подпрограммам, позволяющим оценивать математико-статистические, автокорреляционные, энтропийные, комбинаторные и спектральные характеристики [6, 7]. Особое внимание было уделено методам спектрального анализа кардиоинтервалограммы, которая формировалась из длительностей ЯЯ-интервалов. Кроме традиционных показателей спектрального анализа, отражающих активность межсистемного уровня управления ритмом сердца и подкорковых центров (Бо, Бш, ББ - мощность медленных волн второго и первого порядка и дыхательных; Р МВ-2 и Р МВ1 - мощности в диапазонах периодов колебаний более 30с, от 10 до 30с и ниже 10с), были рассчитаны показатели (период, мощность и спектральная плотность) ДВ (3-8с); МВ (8-16с), МВ-2 (17-36с), МВ-3 >36с, что позволило внести количественную оценку не только в механизмы межсистемного
взаимодействия, но и его структурную организацию. Стажевые изменения оценивали с периодом пять лет, а у студентов - четыре года.
Результаты исследования и их обсуждение. Спектральный анализ волновой структуры сердечного ритма показал, что на младших курсах у студентов индивидуальнотипологические особенности организации ЭЭГ проявляются в стратегии регуляции сердечного ритма гораздо сильнее, чем на старших курсах. Так, у лиц с I типом организации ЭЭГ выше спектральная плотность МВ-2, чем у лиц II типа и ДВ, чем у лиц III типа (1=3,1; 1=2,3), что свидетельствует о повышенной централизации управления ритмом сердца у лиц III типа. У лиц I типа отмечается развитое внутрисистемное взаимодействие регуляторных механизмов сердечного ритма за счет активации кардиостимуляционной части высшего уровня управления частотой сердечных сокращений в гипоталамусе, который координирует процесс через уровень В.
В результате у лиц I типа развита связь между низшими уровнями управления центрального контура с автономным, что оптимизирует локальные и общие приспособительные реакции между притоком и оттоком крови и работой сердечного насоса. Более высокий уровень ДВ у лиц I типа свидетельствует, по-видимому, о значительном тонусе кардиоингибиторной части высшего центра регуляции ЧСС и активации автономного контура управления. После интенсивной информационной нагрузки (сессия) различия в стратегии регуляции ЧСС появляются более четко. У лиц I типа становится выше спектральная плотность ДВ в кардиоин-тервалограмме, чем у лиц II типа, от лиц же III типа они отличаются пониженными значениями спектральной плотности МВ-1 и МВ-2 и повышенными МВ-3, в спектрограмме ритма сердца которых она отсутствует. В целом лица I типа отвечают на нагрузку повышением спектральной плотности ДВ и МВ-3 и понижением этого показателя для МВ-2, наблюдается сдвиг среднего периода МВ-3 в длинноволновую сторону. От лиц III типа после сессии отличия для лиц I типа выражаются в понижении спектральной плотности МВ-1, МВ-2 и повышении этого показателя для МВ-3. На нагрузку лица III типа отвечают повышением спектральной плотности МВ-1, МВ-2 и повышением этого показателя для МВ-3. Различия после сессии между лицами II и III типа проявляются также сильнее, чем во время семестра и выражаются повышением содержания МВ-1 и снижением до нуля представительства МВ- 3 у лиц III типа. Лица II типа реагируют на нагрузку снижением содержания ДВ в спектральном составе кардиоинтервалограммы. У студентов с I типом организации ЭЭГ на младших курсах, когда еще не сформирован адаптивный ответ на обучение в вузе, экзаменационная сессия вызывает активацию как автономного контура регуляции, так и подкорковых центров не только на уровне межсистемного взаимодействия с автономным контуром через нервные влияния (уровень В), но и через систему гомеостатического регулирования взаимодействия различных физиологических систем, связанных с активацией гуморального канала управления (уровень Б). У студентов младших курсов со II типом организации ЭЭГ сессия вызывает повышение централизации управления сердечным ритмом за счет понижения активности кардиоингибиторного центра. У студентов с III типом организации ЭЭГ экзаменационная нагрузка вызывает выключение гомеостатического регулирования взаимодействия систем (уровень Б) и усиление внутрисистемного взаимодействия, а также усиление вазомоторных центров, обеспечивающих оптимальный уровень кровоснабжения, на автономный контур регуляции [6].
Реакция на интенсивный информационный поток у старшекурсников выражается следующим образом. У лиц I типа наблюдается как рост спектральной плотности, так и мощности МВ-3. У лиц II типа растет представительство ДВ и МВ-1, а у лиц III типа снижается спектральная плотность МВ-3 в волновой структуре кардиоинтервалограммы. Другими словами, на повышение информационного потока старшекурсники I типа реагируют более экономично, чем младшекурсники, и эта разница заключается в усилении гомеостатического регулирования взаимодействия физиологических систем, связанных с автономным контуром гуморальным каналом управления. Студенты старших курсов II типа, напротив, реагируют на сессию более активно, чем младшекурсники, и реакция эта выражается в ослаблении влияния центрального контура управления сердечным ритмом, активации автономного контура управления и активации процессов саморегуляции. Студенты старших курсов с III типом организации ЭЭГ, как и студенты I типа, реагируют на сессию более экономно, чем младшекурсники, что выражается в снижении гомеостатического регулирования взаимодействия физиологических систем, связанных с автономным контуром гуморальным каналом управления.
Спектральный анализ структуры сердечного ритма у ИТР Экибастусских ГРЭС-1 показал, что у малостажированных лиц I типа повышена спектральная плотность МВ-1 по сравнению с лицами II типа этой же стажевой группы. Такое соотношение показателей свидетельствует о высокой степени связности между центральным и автономным контуром регуляции ритма сердца, высокой организации динамического ряда ЯЯ-интервалов, что может обусловливать более высокую эффективность трудовой деятельности у ИТР I типа [7]. С ростом стажа у ИТР I типа отмечается снижение спектральной плотности МВ-1 по сравнению с лицами II типа этой же стажевой группы, что свидетельствует о более благоприятном развитии процесса адаптации и сохранении постоянного уровня напряжения в течение всего периода производственной деятельности.
Таким образом, цена адаптации ИТР к производственной деятельности зависит от уровня организации ЭЭГ, определяющего пластичность центральной нервной системы. Если исходно у высокоадаптивных ИТР в начале работы отмечается незначительное напряжение, то с увеличением стажа работы структура взаимодействия систем регуляции ЧСС сохраняется и отмечается лишь некоторая тенденция снижения напряженности. У ИТР II типа исходно уровень взаимодействия центрального и автономного контуров регуляции ослаблен, отмечается стабилизация сердечного ритма.
Анализ структуры сердечного ритма у МЭБ выявил, что у лиц I типа исходно понижена спектральная плотность МВ-1, а у лиц III типа повышен этот показатель для МВ-2 и МВ-3. Исходное состояние систем регуляции сердечного ритма у лиц с низкими адаптивными возможностями указывает на развитие напряжения уже в начале профессиональной деятельности и является неблагоприятным прогностическим признаком.
С ростом стажа у МЭБ I типа снижается значение показателя МВ-1, что в сочетании с невысоким индексом напряжения свидетельствует о стабильности систем регуляции ЧСС, тогда как у лиц II и III типа состояние можно оценить как напряженное, вызванное перегруженностью компенсаторно-приспособительных механизмов.
Приведенные данные свидетельствуют, что исходно состояние систем регуляции ЧСС у ИТР по сравнению с МЭБ I типа более благополучно. С ростом стажа у этих лиц различия в уровнях систем регуляции ИТР и МЭБ возрастают за счет более динамичного нарастания
напряженности у ИТР, у которых растет и мера нестационарности процесса. В группе лиц II типа в начале трудовой деятельности, напротив, более выраженное напряжение систем регуляции ЧСС, наблюдается у ИТР, а с ростом стажа эти отличия углубляются за счет повышения нестационарности процесса.
Анализ состояния систем регуляции у горнорабочих (ГР) и электрослесарей (ЭС) угольных шахт выявил, что в ранние сроки трудовой деятельности у ЭС I типа адаптация осуществляется за счет усиления роли межсистемного взаимодействия уровней регуляции (рост Бо с 0,036±0,006 до 0,061±0,003), а также изменения активности подкорковых центров (уменьшение спектральной плотности ДВ с 0,076±0,009 до 0,046±0,007). У ГР I типа первая фаза адаптации выражалась повышением неспецифической активации и повышением энергетических затрат.
У лиц II типа этот период характеризуется ростом Бо с 0, 040±0,010 до 0,070±0,006; МВ-2 с 0,072±0,021 до 0,120±0,010; МВ-3 с 0,190±0,050 до 0,370±0,030, что свидетельствует о вовлечении высших звеньев в процесс регуляции ЧСС и более болезненном прохождении первой фазы адаптации к трудовой деятельности, чем у лиц I типа. У лиц же III типа значительных перестроек в системах регуляции ЧСС в этот период не наблюдается, что свидетельствует о менее эффективном гомеостатическом развитии адаптации.
Дальнейшее развитие адаптации у ЭС I типа идет наиболее благоприятным путем, при стаже 6-10 лет изменений межсистемного взаимодействия не отмечается; при стаже 11-15 лет снижается спектральная плотность дыхательных волн с 0,075±0,009 до 0,040±0,009, а при стаже 16-20 лет повышается организованность динамического ряда кардиоинтервалов и уровень межсистемного взаимодействия (Бо увеличивается от 0,030±0,006 до 0,068±0,006).
Перечисленные изменения свидетельствуют о переходе систем регуляции ЧСС на новый уровень функционирования, находящийся в пределах удовлетворительной адаптации. Обеспечение этого уровня возможно только при активации межсистемного взаимодействия, дающей эффект долговременной адаптации за счет подъема функционирования до возросших требований.
У ГР I типа ухудшение функционирования регуляторных систем в 1-5 лет работы сменяется при стаже 6-10 лет возвращением к исходному уровню, а после 15 лет трудовой деятельности начинаются процессы стабилизации сердечного ритма и снижение участия подкорковых структур в регуляторных процессах (снижение плотности ДВ до 0,050±0,008 и МВ-1 до 0,050±0,007), что является, по-видимому, адекватной реакцией на возрастающую нагрузку, так как свидетельствует о сохранении необходимого уровня гемодинамики и об отсутствии патологических отклонений [6, 7].
У ЭС II типа напряжение регуляторных систем ЧСС развивается после 10 лет работы, спектральная плотность ДВ снижается с 0,070±0,020 до 0,040±0,004, МВ-2 возрастает с
0,070±0,020 до 0,160±0,010, что свидетельствует о включении подкорковых центров в процесс регуляции и сокращении возможного диапазона адаптивных реакций. У ЭС III типа максимальное напряжение регуляторных систем наблюдается при стаже работы 16-20 лет и выражено сильнее, чем у лиц II типа. Возрастание Бо до 0,085±0,001 свидетельствует о нарастающем характере активации адренергических систем, что в конечном итоге приводит к стадии неудовлетворительной адаптации. У ГР II и III типа перенапряжение регуляторных систем ЧСС развивается после 10 лет работы. У лиц II типа возрастает спектральная плотность МВ-2 до 0,120±0,010, а после 15 лет работы до 0,130±0,010. У ГР II типа сохраняется 10
высокий уровень активности адренергических систем и состояние адаптации можно оценить как неудовлетворительное.
Выводы
1. Характер межсистемного взаимодействия при управлении ритмом сердца зависит от типа организации ЭЭГ. У лиц I типа развито межсистемное взаимодействие между автономным контуром регуляции и внешними уровнями центрального контура, включая кардиости-муляционный и кардиоингибиторный центры, у лиц II типа снижено участие в регуляторных процессах кардиоингибиторного центра, а у лиц III типа недостаточно развиты гомеостатические механизмы регулирования межсистемного взаимодействия.
2. Стратегия межсистемного взаимодействия при профессиональной деятельности различного характера определяется исходным уровнем его организации. Лица I типа наиболее успешно адаптируются к умственному, смешанному и физическому видам труда, а у лиц II типа на первой фазе адаптации ко всем видам трудовой деятельности наблюдаются гиперреакции. Лица III типа в первой фазе адаптации характеризуются обедненным реагированием, которое на первый взгляд может быть принято за экономичный путь развития адаптации.
3. Максимальное напряжение межсистемного взаимодействия наблюдается у лиц II и III типа на второй фазе (6-10 лет) адаптации к логическому (стандартному и нестандартному) и сенсомоторному умственному труду, у лиц II типа на третьей фазе (11-15 лет) адаптации к тяжелому физическому труду, что связано с активацией как автономного, так и центрального контуров управления в указанные сроки через нервные и гуморальные влияния в первом случае и недостаточностью гомеостатических резервов во втором.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Завьялов А.В. Соотношение функций организма. М.: Медицина, 1990. 160 с.
2. Бехтерева Н.П., Камбарова Д.К., Иванов Г.Г. Мозговая организация эмоциональных реакций и состояний // Физиология человека. 1982. Т.8. №5. С 691.
3. Илюхина В.А., Данько С.Г. Комплексный подход к изучению адаптивных реакций и функциональных состояний человека // Физиология человека. 1986. Т.12. №1. С. 25.
4. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.К., Апанасионок В.С. Формирование биопотенциального поля мозга человека. Л.: Наука,1979. 163 с.
5. Бекшаев С.С., Сороко С.И., Василевский Н.Н. Закономерности, лежащие в основе поддержания динамической устойчивости диапазона частот ЭЭГ человека // Физиология человека. 1988. Т.14. №4. С. 545.
6. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Медицина, 1979. 295 с.
7. Зингерман А.М., Константинов М.А., Логинов В.С. Энтропийно-статистические, спектральные, условновероятностные и детерминированные характеристики сердечного ритма в различных состояниях человека // Успехи физиологических наук. 1988. Т.19. №1. С. 40.
