Особенности адаптивных реакций вегетативной нервной системы и нейродинамических процессов организма студенток 19-20 лет в зависимости от типа ментальной нагрузки
На правах рукописи
Байгужина Ольга Вадимовна Особенности адаптивных реакций вегетативной нервной системы и нейродинамических процессов организма студенток 19-20 лет в зависимости от типа ментальной нагрузки 03.00.13 – Физиология 19.00.02 – Психофизиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Челябинск, 2008 Диссертация выполнена на кафедре биологии человека и медико биологической подготовки ГОУ ВПО "Челябинский государственный педагогический университет".
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Шибкова Дарья Захаровна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Исаев Александр Петрович доктор медицинских наук, профессор Рычкова Лидия Сергеевна
Ведущая организация: ГОУ ВПО "Тюменский государственный университет"
Защита состоится 26 декабря 2008 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.03 при ГОУ ВПО "Челябинский государственный педагогический университет" по адресу: 454080, Челябинск, пр. Ленина, 69, ауд. 116.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».
Автореферат размещен на сайте: http://www.cspu.ru/kandidat Автореферат разослан 25 ноября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, доцент Ефимова Н.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Деятельность студентов связана с периодическим, относительно длительным воздействием (или его ожиданием) пороговых значений социальных, экологических, информационных, гигиенических факторов (Агаджанян Н.А., 2002;
Солонин Ю.Г., 2002;
Mount G., 2002;
Шафиркин А.В., 2003), которое сопровождается негативными эмоциями, перенапряжением физиологических и психических функций, а, следовательно, нарушением эффективности и качества учебной деятельности (Martin T., 1997;
Бодров В.А., 2000;
Нестеренко А.И. с соавт., 2003;
Судаков К.В., 2005). Наиболее характерным психофизиологическим состоянием, развивающимся под влиянием указанных факторов, является информационный или ментальный стресс (Ito H., 2002;
Abuladze G., 2002;
Машин В.А., 2006).
Любой стресс характеризуется напряжением регуляторных систем, мобилизацией функциональных резервов. Принимая во внимание физиологическую характеристику ментальной нагрузки, выраженную в определенной «цене адаптации» (Marek T., 1995;
Козлов В.П., 1996;
Бадиков В.И., 1997;
Стрелец В.Б., 2001), можно свидетельствовать о наличии специфических реакций организма на ее содержание (Middlekauff H.R., 1997;
Федоров Б.М., 1997;
Березина М. Г., 2000;
Fauvel, J.P., 2002;
Nikolova, R., 2003;
Машин В.А., 2006).
В зарубежной литературе решение вопросов влияния ментальной нагрузки на организм человека сводятся к поликлиническим исследованиям (Rabin, S., 1999;
Johannes, B., 2003;
Von, K.R., 2005;
Hayashi, N., 2006;
Strike, P.C. at all, 2006), в частности, к изучению специфических реакций людей с различными патологическими состояниями (Middlekauff H.R., 1997;
Soufer R., 1998;
Schachinger, H. at all, 2000;
Klein H.H., 2001).
Известно, что в случае несоответствия индивидуально-типологических особенностей студентов требованиям когнитивной деятельности, возникают отрицательные эмоции, нарушающие оптимальное психическое и функциональное состояние вегетативных систем (Джебраилова Т.Д., 1998;
Fauvel J.P., 2002;
Судаков К.В., 2004;
Машин В.А., 2006;
Strike P.C. at all, 2006), что снижает эффективность и целесообразность деятельности (Козлов В.П. с соавт., 1996). При этом, степень напряжения регуляторных систем при равных условиях деятельности у человека, в силу генетической детерминации психофизиологических показателей, проявляется по-разному (Сологуб Е.Б., Таймазов В.А., 2000;
Сухарев А.Г., 2001;
Fauvel J.P., 2002), что обусловливает возможность типизации студентов по выраженности специфических адаптивных реакций.
Целью настоящей работы является выявление особенностей срочных адаптивных реакций регуляции ритма сердца и нейродинамических процессов организма студенток к различным типам ментальной нагрузки.
Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:
1. Оценить функциональное состояние вегетативной нервной системы по показателям вариабельности сердечного ритма у студенток 19-20-ти лет в процессе учебно-профессиональной деятельности.
2. Выявить особенности адаптивной реакции вегетативной нервной системы организма студенток 19-20-ти лет в зависимости от типа ментальной нагрузки.
3. Оценить психофизиологический статус организма у студенток 19-20-ти лет в процессе учебно-профессиональной деятельности.
4. Определить особенности нейродинамических процессов по психофизиологическим показателям организма студенток 19-20-ти лет в зависимости от типа ментальной нагрузки.
Научная новизна. Впервые выявлена активизация надсегментарных церебральных систем регуляции, проявляющаяся в увеличении мощности низкочастотных колебаний второго порядка (VLF-компонента) в структуре регуляции ритма сердца студенток 19-20-ти лет при выполнении ментальной нагрузки, как в ситуации его модели, так и в ситуации экзамена.
Установлено, что при выявлении срочных адаптационных реакций в ответ на действие ментальной нагрузки, целесообразен анализ соотношения показателей вариабельности ритма сердца, полученных в ходе спектрального и временного анализа, в частности VLF-компонента и SDNN, соответственно.
Впервые в реальном времени определены динамические характеристики вегетативного обеспечения деятельности студенток (независимо от типа ментальной нагрузки) в предэкзаменационный период – активация симпатического отдела вегетативной нервной системы;
в период наивысшей работоспособности (15-20-я минута выполнения ментальной нагрузки) – включение механизмов парасимпатической регуляции (по отношению к показателям предэкзаменационного периода). Постнагрузочный этап исследования характеризуется выраженным парасимпатическим влиянием на ритм сердца.
Состояние до нагрузки в ситуации модели по сравнению с экзаменом характеризуется низкими показателями сенсомоторной реакции (в тесте «Реакция выбора»). Постнагрузочное состояние в ситуации модели по сравнению с экзаменом характеризуется низкими показателями психомоторной реакции (в «теппинг-тесте») при высоком уровне произвольной регуляции движений (по методике «Координациометрия по профилю»).
Установлено, что условия ментальной нагрузки определяют два типа срочной адаптивно-компенсаторной реакции: "лабильный" и "ригидный", определяемых нейродинамическими особенностями студенток.
Научно-практическая значимость. Полученные характеристики функционального обеспечения экзаменационной деятельности студенток позволяют моделировать ситуации ментальной нагрузки, учитывая факторы, определяющие конкретную степень ее напряженности.
Моделирование ментальной нагрузки позволяет унифицировать условия ее выполнения, исключая объективные факторы (уровень подготовленности, непосредственный контакт с экзаменатором), которые определяют степень напряженности, а значит и эффективность выполнения нагрузки.
Учет выявленных особенностей адаптивной реакции организма студенток, вызванных ментальной нагрузкой, позволит разрабатывать рекомендации по снижению напряженности, и на их основе реализовывать алгоритмы организации и управления эффективностью интеллектуальной деятельности студентов.
Результаты скрининговых обследований студенток сформированы в базу данных половозрастных показателей вариабельности ритма сердца и психофизиологического статуса, характеризующих учебно-профессиональную деятельность будущих педагогических кадров.
Основные результаты исследования включены в учебный процесс кафедры биологии человека и медико-биологической подготовки (дисциплины «Возрастная физиология», «Физиология человека», «Безопасность жизнедеятельности человека» и «Основы медицинских знаний и здорового образа жизни») естественно-технологического факультета ГОУ ВПО «ЧГПУ».
Положения, выносимые на защиту.
1. В условиях учебно-профессиональной деятельности вегетативная регуляция организма студенток выражается тремя типами: ваготоническим, эйтоническим и симпатикотоническим в соотношении 1:2:1. При этом нейродинамические процессы характеризуются преобладанием слабого типа нервной системы, процессов торможения над возбуждением, среднего уровня подвижности, высокой степени концентрации возбуждения и высокого уровня сенсомоторной координации.
2. Функциональные состояния организма студенток 19-20-ти лет в предэкзаменнационый и постэкзаменационный периоды имеют особенности, выражающиеся в вегетативной регуляции деятельности сердца и нейродинамических процессах в зависимости от типа ментальной нагрузки.
3. У студенток, в ответ на действие ментальной нагрузки, независимо от ее типа выявляются два варианта срочной адаптивно-компенсаторной реакции:
"лабильный" и "ригидный", отличающиеся особенностями вегетативной регуляции ритма сердца и нейродинамических процессов.
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье ребенка и пути его формирования и защиты» (Липецк, 2004);
Всероссийской научно-практической конференции "Здоровье, физическое развитие и образование: состояние, проблемы и перспективы" (Екатеринбург, 2006, 2007);
Всероссийской научно-практической конференции "Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека" (Волгоград, 2008);
II Международной научно-практической конференции "Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды" (Челябинск, 2008).
Результаты научно-исследовательской работы доложены на ежегодных итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и молодых ученых ГОУ ВПО "ЧГПУ" (2004-2008 гг.).
Тема исследования поддержана грантом Министерства образования и науки Правительства Челябинской области (проект № А14/06).
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять научных работ, из них две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах компьютерного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация иллюстрирована 15 рисунками и таблицами. Библиографический список включает 276 источников, из них публикаций зарубежных авторов.
Организация и методы исследования Исследование проводилось на базе лаборатории функциональной диагностики при кафедре биологии человека и медико-биологической подготовки естественно-технологического факультета ГОУ ВПО "Челябинский государственный педагогический университет" в период 2005-2008 гг.
Первичные результаты исследования, позволяющие разработать базу данных, необходимую для оценки показателей вегетативной регуляции сердечно сосудистой системы, а также психофизиологического статуса были получены в ходе скрининговых обследований студенток Челябинского государственного педагогического университета (187 человек).
Эффекты влияния ментального стресса на состояние организма студенток изучали в ходе реализации двух методологических подходов. Первый, позволял определять состояние непосредственно до и после настоящей экзаменационной ситуации – в реальном времени (27 человек);
второй, предполагал моделирование условий, инициирующих состояние ментального стресса по типу экзаменационного (35 человек).
Проведено комплексное обследование вызванных состояний у студенток, с использованием ряда методов.
Оценка напряженности типов ментальной нагрузки. Анализ основан на учете комплекса факторов нагрузки, создающих предпосылки для возникновения неблагоприятных эмоциональных состояний. Все факторы труда студентов сгруппированы по направленности нагрузки: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные, монотонные и режимные.
Анкетирование, анамнез включали в себя сведения о дате рождения, текущих оперативных оценках самочувствия, настроения, а также мотивации студентов непосредственно перед обследованием.
Электрокардиографическое обследование. Оценку вегетативного обеспечения учебной деятельности проводили на основании многомерного анализа кардиоритмограммы, полученной во втором стандартном отведении в положении сидя, с последующим методами анализа: временного, спектрального и математического. Указанные методы анализа реализованы в программном обеспечении «ПолиСпектрРитм» (НейроСофт, г. Иваново).
Психофизиологическое обследование. Основу дифференциации обследуемых в ходе изучения срочных адаптивных реакций составляло состояние нейродинамических процессов, отражающее проявление его основных свойств:
силы нервной системы, подвижности нервных процессов, уравновешенности нервных процессов;
и дополнительных: концентрации возбуждения, сенсомоторной координации, уровня произвольной регуляции движений. Все перечисленные методы реализованы в АПК «ПсихоТест» (НейроСофт, г. Иваново).
Математико-статистический и графический анализ полученных результатов. Математическая обработка результатов исследования проводилась при помощи программного обеспечения Microsoft Excel 2007 и SPSS v.13 с использованием общепринятых методов вариационной статистики.
Количественные показатели, оценивались с помощью центильного метода обработки результатов, с использованием медианы (Me). Уровень достоверности различий изучаемых показателей определяли с помощью непараметрических методов с вычислением критериев Манна-Уитни (U) и Вилкоксона (T).
Оценка степени напряженности умственной нагрузки и моделирование ментальной нагрузки. При изучении влияния ментальной нагрузки на состояние организма студенток использовали два подхода. Первый: определяли состояние непосредственно до, во время и после экзаменационной ситуации – в реальном времени;
второй подход предполагал моделирование условий, инициирующих состояние ментального стресса. Этому этапу работы предшествовал подготовительный этап – оценка степени напряженности лекционного занятия и экзамена, проводимого в традиционной форме. Результаты оценки напряженности типов ментальной нагрузки служили основанием для создания условий, снижающих напряженность и дальнейшей разработки модели ментальной нагрузки.
Анализ напряженности труда студентов основан на учете комплекса факторов нагрузки, которые сгруппированы по направленности и специфике нагрузки: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные, монотонные и режимные нагрузки (Руководство Р 2.2.755-99).
Так, анализ лекционных занятий выявил высокую напряженность при реализации интеллектуальных нагрузок в условиях повышенной монотонности.
Экзаменационная нагрузка вызывает у студентов напряженность преимущественно когнитивных (интеллектуальных) процессов в условиях психоэмоционального напряжения. Отсюда деятельности студентов на экзамене и лекции, согласно руководству, соответствуют вредным условиям (третий класс) с обратимыми явлениями при нарушении функций организма (первая степень).
На основании полученных результатов напряженности умственной нагрузки студенток и данных анкетирования разработана модель ментальной нагрузки. При составлении и реализации модели ментальной нагрузки считали необходимым:
- предлагать содержание (пространственные, логические, словесные и арифметические) и форму (тесты) модельных задач, активизирующих пороговые уровни основных когнитивных процессов;
- создавать сходное по условиям подобие модели реальной экзаменационной ситуации, в частности, варьирование сложностью выполнения заданий, применением строго регламентированной системы организации и управления экспериментом и мотивацией обследуемых;
- выстраивать унифицированную систему (базу) регистрации, хранения и обработки показателей эффективности выполняемых заданий, а также физиологических и психофизиологических функций и качеств обследуемых.
Содержанием предложенных типов ментальной нагрузки являлось тестирование интеллектуальных способностей (в ситуации моделирования нагрузки) и уровня специальных знаний (ситуация экзамена). По желанию студентов был выбран бланковый (неавтоматизированный) вид тестирования.
Тестовые задания составлены в соответствии с методическими требованиями, предъявляемыми к такого рода работам (Кабанов А.А., 1999;
Пак Н.И. 1999;
Гузеев В.В., 2003 и др.).
Результаты исследований и их обсуждение Характеристика функционального статуса сердечно-сосудистой системы основана на применении трех методических подходов в оценке регуляции ритма сердца: спектрального, временного, математического анализов.
Анализ полученных в ходе скрининговых обследований студенток результатов вегетативного обеспечения деятельности позволил сделать три предварительных заключения. Во-первых, оценке вариабельности ритма сердца должен предшествовать соответствующий математико-статистический анализ исследуемых показателей, с целью определения нормальности их распределения.
Во-вторых, считаем целесообразным расчет коэффициента вариации значений выборок исследуемых показателей, который позволяет оценить степень их однородности.
В третьих, с целью сопоставления оценок, исключения противоречий при интерпретации полученных результатов целесообразно применение минимум трех методов анализа ритма сердца (временного, спектрального, математического).
На основании высокого уровня коэффициентов вариации показателей регуляции ритма сердца, в зависимости от метода оценки ВРС, проведена дифференциация обследуемых на группы. Независимо от метода анализа ВРС, соотношение обследуемых студенток в зависимости от типа регуляции составило 1:2:1, соответственно ваготонический, эйтонический и симпатикотонический.
Таблица Соотношение обследуемых в зависимости от типа регуляции ритма сердца, % Метод анализа вариабельности ритма сердца Тип регуляции Спектральный Временной Математический (n - 133) (n - 145) (n - 145) Ваготонический 24,8 24,8 24, Эйтонический 49,6 50,3 50, Симпатикотонический 25,6 24,9 25, Разработанная база данных отражает особенности регуляции деятельности сердца – результат комплексного влияния факторов учебно-профессиональной деятельности на организм студенток.
Условия и требования образовательной среды, предъявляемые к организму студенток часто инициируют известные уровни напряженности учебно профессиональной деятельности, определяя так называемую "цену адаптации" к ней. Именно уровень напряженности умственной нагрузки определяет степень реализации резервов изучаемой функциональной системы и организма в целом.
В настоящей работе мы придерживаемся психофизиологического подхода к определению функциональных состояний, где за основу принимается "результат взаимодействия модулирующих систем мозга и высших отделов коры больших полушарий, который определяет текущую форму жизненной активности индивида" (Марютина Т.М. с соавт., 2002). Исходя из указанного, практическую значимость имеет изучение психофизиологических особенностей студенток в условиях их учебно-профессиональной деятельности.
В результате психофизиологического обследования сформирована нормативная база нейродинамических показателей, отражающих учебно профессиональную деятельность студенток 19-20-ти лет. Результаты тестирования сенсомоторных реакций позволили провести типизацию обследуемых на основе которой получена условная профессиограмма будущего педагога (табл. 2).
Слабость нервной системы сопровождается преобладанием процессов торможения над возбуждением, что косвенно указывает на постепенное включение организма в работу, что в свою очередь обусловливает относительно высокую продолжительность оптимальной работоспособности (Ильин Е.П., 1999).
Подтверждением указанному служит высокая степень концентрации возбуждения (66,4 %) и высокий уровень сенсомоторной координации (89,9 %).
Таблица Соотношение количества студенток 19-20-ти лет с различными качественными характеристиками свойств нервных процессов, % Свойство нервных Степень проявления (уровень, качество) процессов Слабая Средняя Сильная Сила 43,4 28,6 28, Низкая Средняя Высокая Лабильность 26,1 48,3 25, Инертность Средний тип Подвижность Подвижность 23,6 53,3 23, Концентрация Средний тип Иррадиация Концентрация возбуждения 66,4 22,7 10, Низкий Средний Высокий Сенсомоторная координация 0,0 10,2 89, Уравновешен Торможение Возбуждение ность Уравновешенность 44,5 27,2 28, Полученные результаты оценки исполнительных функций учебно профессиональной деятельности, по мнению В.Б. Вильянова (2003), выражены в виде порогов реактивности анализаторов организма. Скоростные характеристики сенсомоторных реакций обеспечивают, с одной стороны, процессы поступления и анализа информации, с другой – пластичность энергетических и обменных процессов в тканях.
Решая задачу по определению и оценке функционального статуса сердечно сосудистой и центральной нервной систем организма студенток, необходимо указать на различия в регуляции их деятельности. Так, регуляция ритма сердца достаточно оперативна и лабильна, имеет многофакторную систему (нейро-, нейрогуморальный, автоматия, церебральный). В то время как психофизиологические механизмы регуляции деятельности достаточно ригидны и для их реактивности, выраженной в принципиальных, качественных изменениях, необходимы значительно высокие уровни, пороги действия раздражителя.
Общим звеном в системе регуляции определенного функционального состояния, связывающим физиологическое и психическое начала, считают структуры головного мозга (Небылицын В.Д., 2000;
Шляхтерман Е.В., 2000;
Циркин В.И., 2001;
Прокопенко Н.А., 2006). По-нашему мнению, изучение особенностей церебрального компонента регуляции функций организма в условиях напряженной учебно-профессиональной деятельности студенток являются актуальным и имеет практическую значимость.
Особенности адаптивной реакции организма студенток, вызванные условиями ментальной нагрузки, выражены в оценке вариабельности ритма сердца у студенток (рис. 1).
Модель Экзамен % - - RRNN SDNN pNN RMSSD ИН Мо HF М TP ВР Амо VLF LF Спектральный Временной Математический Рис. 1. Изменение показателей ВСР, вызванное действием ментальной нагрузки, % от исходного (условно - 0) При сопоставлении показателей ВСР в ситуации моделирования и собственно экзаменационной ситуации, выявлены особенности механизмов регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы, выраженные в различной степени активации парасимпатического отдела ВНС.
Показатели спектрального анализа ВСР, отражающие периодические составляющие ритма (VLF, LF, HF), указывают на очевидное повышение их мощности по отношению к исходным показателям (рис. 1). Со стороны HF компонента такие изменения обусловлены снижением активности синусного узла;
LF-компонента – увеличением активности барорефлекторных механизмов как следствие повышения артериального давления (Хаспекова Н.Б., 2003).
Показатели временного анализа ВСР, в сравнении с показателями спектрального анализа, явились более чувствительными к действию ментальной нагрузки в ситуации моделирования и менее значимыми в ситуации экзаменационного стресса. Так, общая оценка ритма (SDNN) на обоих этапах исследования модулируется вагусным влиянием на синусовый узел, что подтверждается увеличением показателей RMSSD и pNN50.
Анализ данных вариационной пульсометрии также указывает на вагусную активацию, о чем свидетельствуют достоверные изменения показателей ритма сердца, как в ситуации моделирования, так и экзамена.
Таким образом, независимо от типа ментальной нагрузки, реакция организма студенток указывает на преобладание вагусной активации при снижении действия симпатического отдела вегетативной нервной системы.
Вагусную активацию, во-первых, можно рассматривать как компенсаторную рефлекторную реакцию на повышение артериального давления, отмеченного в предэкзаменационный период, что согласуется с данными В.М. Михайлова (2002), Н.А. Агаджаняна (2004), В.М. Покровского (2007).
Во-вторых, как активацию процессов охранительного торможения в центральной нервной системе, что косвенно подтверждается наличием в спектре ВСР выраженного низкочастотного компонента второго порядка, отражающего гуморально-метаболические влияния на ритм сердца, на что указывают В.М. Русалов (2002), Э.С. Геворкян (2003), В.А. Машин (2006).
В-третьих, вагусная активация рассматривается как реакция, обусловленная от уровня психофизиологической подготовленности (Агаджанян Н.А. 2004) и психотипа (Щербатых Ю.В. 2000).
Тип ментальной нагрузки определил различную мощность ответной реакции, выраженную в приросте показателей ритма сердца. Причиной этих различий, по мнению В.И. Павловой (1996), К.В. Судакова (2006), В.А. Бодрова (2000), является значимость полезного результата деятельности студенток, выраженная в мотивации.
Указанные выше особенности ВСР, обусловлены срочными адаптационными процессами (Минасян С.М. с соавт., 2007). Последние, вероятно, имели зависимость вегетативных изменений не столько от условий процедуры тестирования и содержания ментальной нагрузки, сколько от психоэмоционального состояния, предшествующего выполнению нагрузки.
Нельзя пренебрегать безусловным влиянием мотивации к успешной деятельности на результативность и работоспособность, которая обусловлена значимостью полезного результата.
Оригинальным методологическим подходом к оценке реакции организма на влияние ментальной нагрузки является представление параметров кардиоинтервалографии в динамике семи периодов, в каждом из которых 100 RR интервалов. Из них, I-III периоды включают время непосредственно до нагрузки, IV – на 15-20-й минуте тестирования и V-VII – непосредственно после ментальной нагрузки. В связи с тем, что в анализе модельной ситуации отсутствует четвертый период комплекса RR-интервалов, нами предложен вариант тенденции, условно соединяющий значения третьего и пятого периодов (рис. 2).
Выявленные особенности регуляции ритма сердца, вероятно, имеют непрямолинейную зависимость реакции от времени действия стресс-фактора.
Такое, предварительное заключение, подтверждается результатами исследования Б.М. Федорова (1997), где выявлено последовательное включение адаптивных вариантов изменения системного кровообращения в процессе решения арифметических и лингвистических задач. По истечении определенного времени повышаются общее периферическое сосудистое сопротивление, показатели артериального давления, уменьшается минутный объем крови, стабилизируется частота сердечных сокращений. При этом автор не указывает на временной регламент эксперимента.
Рис. 2. Динамические характеристики показателей кардиоинтервалографии студенток в зависимости от типа ментальной нагрузки Анализ показателей кардиоинтервалографии в динамике, позволяет считать, что учет временных характеристик, равно как и интенсивность нагрузки, являются определяющими в изучении срочных адаптивных эффектов.
Так, за пять минут (первые три периода) до начала выполнения нагрузки не зависимо от ее типа, констатировали активацию симпатического отдела ВНС (рис. 2). Однако уже к 15-20-ой минуте выполнения ментальной нагрузки отмечается включение механизмов парасимпатической регуляции (p 0,001 по отношению к показателям первого периода).
Постнагрузочный этап исследования (V-VII периоды) характеризуется выраженным парасимпатическим влиянием на ритм сердца. Однако, выявлены достоверно значимые различия изучаемых показателей у студенток в зависимости от типа ментальной нагрузки.
Исходя из выше указанного, заключаем, что при выявлении адаптационных изменений как формы проявления ментального стресса, целесообразна регистрация показателей вегетативных функций в режиме реального времени. При этом, следует принципиально учитывать зависимость полученных результатов исследования срочных адаптивных реакций организма от типа ментальной нагрузки (ситуации моделирования и экзамена).
Оценка психофизиологического состояния студенток в зависимости от типа ментальной нагрузки. Изменения психофизиологических показателей студенток, вызванных условиями и содержанием выполнения моделированной ментальной нагрузки, выражены в снижении значений латентного периода сложной сенсомоторной реакции на фоне повышения качества произвольной регуляции движений.
Условия и содержание ментальной нагрузки вызывают у студенток качественные изменения лабильности нервных процессов в виде тенденции снижения значений показателя критической частоты слияния мельканий. По мнению Е.П. Ильина (2002), более длительные ментальные воздействия инициируют проявление инертности нервных процессов. На наш взгляд длительная умственная деятельность при указанной тенденции способствует относительно быстрому наступлению функционального состояния – утомления – результата длительного периода мобилизации.
Анализируемые выше данные подтверждаются результатами, отражающими уровень произвольной регуляции движений (тест "Координациометрия по профилю"). Выявлено, что дозированная умственная нагрузка, по данным координациометрии, способствует активизации психических процессов, характеризующих такие индивидуально-типологические особенности личности как рефлексивность – импульсивность. Отмечается когнитивный стиль деятельности, соответствующий решению задачи "медленно, но точно".
Таким образом, можно сделать предварительный вывод о нахождении организма в условиях длительной мобилизации – реализации ориентировочного рефлекса, исключая переход в состояние готовности, что приводит к появлению первых признаков утомления в ответ на влияние моделированной ментальной нагрузки. Указанные изменения выражены в снижении значений латентного периода сложной сенсомоторной реакции на фоне повышения качества произвольной регуляции движений.
Экзаменационная ситуация спровоцировала реакцию, отражающую тенденцию к проявлению инертности нервных процессов, выраженную в снижении значений показателя КЧСМ на 6,0 % (p0,05). Напряженность экзаменационной нагрузки способствовала увеличению значений латентного периода, как простой (p=0,046), так и сложной зрительно-моторной реакции (p0,05) по сравнению с показателями, полученными в предэкзаменационном состоянии. При этом, скоростные реакции одиночного двигательного акта, реализуемые в ходе выполнения модифицированного варианта «теппинг-теста», соответствуют более высокому качественному уровню (p=0,011).
Высокие значения показателя скорости одиночного движения кистью регистрировались нами на фоне, вероятно, рефлексивного стиля деятельности студенток в ситуации экзамена. На это указывают относительно низкие значения ошибочных действий в тесте "Координациометрия по профилю", выполняемом в медленном темпе. Причем, уровень эффективности выполнения данного задания не изменился и после экзаменационной нагрузки. Такая характеристика соответствует функциональному состоянию готовности к достижению полезного результата, в данном случае – положительной оценки знаний студенток.
Практическое значение работы, кроме того, заключается в определении психофизиологических особенностей, характеризующих эффективность ментальной деятельности студенток в сравнении состояний, вызванных ситуациями экзамена и его модели.
На рисунках 3, 4 представлены психофизиологические показатели у студенток в преднагрузочном и постнагрузочном состоянии в ситуации экзамена и модели ментальной нагрузки.
** * Рис. 3. Психофизиологические показатели у студенток в предэкзаменационном состоянии в зависимости от типа ментальной нагрузки, %. * p = 0,005;
** p 0, В состоянии до нагрузки выявлены достоверно значимые различия по показателям сложной зрительно-моторной реакции (p=0,005) и «теппинг-теста» (p=0,001);
после нагрузки обнаружены различия в количестве ошибок в методике «Координациометрия по профилю» (p=0,003) и «теппинг-теста» (p=0,001).
Таким образом, можно заключить, что предэкзаменационное состояние в ситуации экзамена отражает относительно раннее наступление состояния готовности, что отражается в относительно низких значениях сенсомоторных реакций, при выполнении тестовых заданий в импульсивном варианте когнитивного стиля деятельности.
Функциональные психофизиологические показатели студенток, находящихся в ожидании выполнения моделированной ментальной нагрузки, отражали состояние мобилизации к деятельности, на что указывали относительно высокие значения латентного времени сложной зрительно-моторной реакции при высоких скоростных способностях одиночного движения. Однако, работа, требующая проявления высокого уровня координации движения указывает на преобладание у студенток рефлексивного варианта когнитивного стиля деятельности.
* ** Рис. 4. Психофизиологические показатели у студенток в состоянии восстановления в зависимости от типа ментальной нагрузки (%). * p = 0,003;
** p = 0, Выявлено, что мощность адаптивных изменений неодинакова и зависит от типа ментальной нагрузки (рис. 4). Кроме того, правомерен на наш взгляд, вывод о зависимости степени конечного проявления реакции от ее начальных параметров.
Это указывает на необходимость учета характеристик функционального состояния, предшествующего воздействию какого-либо раздражителя, в частности ментальной нагрузки.
Индивидуально-типологические особенности реактивности организма студенток в условиях ментальной нагрузки. К окончанию выполнения экзаменационной нагрузки выявлено снижение количества студенток с симпатикотонией более чем в три раза (p0,005). В период восстановления отмечается увеличение числа студенток с ваготоническим типом реакции в моделируемой ситуации более чем в три раза (p0,001) (рис. 5).
С позиций индивидуально-типологического подхода (Ильин ЕП, 1999) к оценке вегетативной реакции организма, нами отмечен факт перехода из одного типа регуляции в другой.
Особенностями при характеристике реактивности организма студенток на ментальную нагрузку следует считать количество переходов из типа в тип с одной стороны, с другой – их направленность. Последняя имела различную направленность по вектору "симпатикотония ваготония" и "ваготония симпатикотония". Что касается частоты встречаемости выявленных особенностей реакции, то в моделированной ситуации переходы зафиксированы в 81,3 % случаев, а в ситуации экзамена – в 55,6 % случаев.
Экзаменационная ситуация Моделированная ситуация ** 70 60 * 50 * Ваготония Эйтония Симпатикотония Ваготония Эйтония Симпатикотония Рис. 5. Соотношение вегетативных типов регуляции у обследуемых в зависимости от типа ментальной нагрузки, % (* - достоверность различий при p0,005;
** 0,001) Такие различия подтверждаются полученными ранее результатами, отражающими отличные функциональные состояния в период антиципации в зависимости от типа ментальной нагрузки. Экзаменационная нагрузка сравнительно быстро инициирует состояние готовности – в силу значимости предполагаемого (желаемого) результата. Ситуация же моделированной нагрузки сопровождалась длительным состоянием мобилизации, требуемой относительно больших ресурсов для достижения полезного результата. Именно поэтому количество случаев переходов – интенсивной вегетативной реакции, в ситуации модели (длительной мобилизации) больше на 25,7 % по сравнению с экзаменационной ситуацией (ранней готовности).
Однако, по мнению В.Д. Небылицына (2000), практический интерес имеет не столько вегетативное обеспечение ментальной нагрузки, характеризующееся определенной степенью реактивности, сколько решение вопросов организации и соотношения свойств нервной системы на различных уровнях ее деятельности, функционального состояния.
Достоверных отличий при сравнении функциональных психофизиологических состояний в экзаменационный и постэкзаменационный периоды не обнаружено (рис. 6). В целом структура соотношения количества студенток с различным психофизиологическим состоянием в сравнении ситуаций модели и экзамена имела больше общего, чем различного.
Изучая на индивидуальном уровне особенности проявления свойства уравновешенности, были зафиксированы случаи перехода – изменения состояния, что рассматривается нами как адаптивный результат на высшем уровне организации деятельности в ответ на напряженную ментальную нагрузку.
Экзаменационная ситуация Моделированная ситуация 60 50 40 30 20 10 0 Торможение Уравновешенность Возбуждение Торможение Уравновешенность Возбуждение Рис. 6. Соотношение психофизиологических состояний обследуемых в зависимости от типа ментальной нагрузки, % В моделированной ситуации ментальной нагрузки выявлено 36,6 % случаев переходов, в ситуации экзамена – 37,0 %. Таким образом, более трети обследуемых имеют тенденцию к перестройке условий формирования адаптивного ответа на уровне центральной нервной системы.
Группу студенток, имеющих переход из одного состояния в другое, отнесли к условно лабильному типу реагирования (от лат. labilis – скользящий, неустойчивый), а студенток, находящихся в одном психофизиологическом состоянии, как до нагрузки, так и после нее – к условно ригидному типу (от лат.
rigidus – твердый, оцепенелый).
Практический интерес представляет не столько сравнение исследуемых функциональных психофизиологических показателей и регуляции ритма сердца, сколько сравнительная характеристика выраженности их ответной реакции на ментальную нагрузку (рис. 7, 8). Выявлено, что достоверно значимых отличий между исследуемыми показателями групп студенток «лабильных» и «ригидных», не обнаружено. Кроме того, установлено, что тип ментальной нагрузки обусловливает интенсивность или мощность срочного адаптационного ответа сравниваемых условных групп студенток.
В ходе анализа данных ВРС, установлена особенность, отражающая отсутствие достоверно значимого прироста значений низкочастотных колебаний, модулирующих ритм сердца у студенток, отнесенных к "лабильному" типу реагирования, по сравнению с представительницами "ригидного" типа в условиях модели ментальной нагрузки (рис. 7). Прирост низкочастотных колебаний в системе регуляций сердечного ритма у студенток "ригидного" типа реагирования, указывает на интенсивную мобилизацию энергетических и метаболических резервов в ответ на психоэмоциональное напряжение (Reid J.L., 1984;
Флейшман А.Н., 1999;
Машин В.А., 2006).
Рис. 7. Прирост показателей сердечного ритма у студенток с различными вариантами адаптивной реакции в ситуации моделированной ментальной нагрузки, % Представленные на рисунке 8 данные характеризуют динамику показателей сердечного ритма у студенток с различными вариантами адаптивной реакции в ситуации экзамена. В отличие от выше анализируемой ситуации моделированной ментальной нагрузки, прирост показателей ритма сердца значительно выражен у студенток, отнесенных к группе "ригидных".
Мощность спектра очень низкочастотного компонента регуляции ритма сердца (VLF) и высокочастотного компонента регуляции ритма сердца, на фоне увеличения общей мощности спектра (TP) значительно увеличилась относительно значений предэкзаменационного периода у представительниц "ригидного" типа реагирования на ментальную нагрузку (p0,01). Показатели временного анализа также характеризовали прирост значений показателей ритма сердца, однако лишь показатель pNN50, указывающий на стационарность ритма, отражал относительную неоднородность RR-интервалов цикла студенток "ригидной" группы (p0,05).
Выраженное вагусное влияние на сердечную деятельность у лиц с "ригидным" типом реагирования на экзаменационную нагрузку является результатом, с одной стороны объективного напряжения при выполнении экзаменационных заданий, что инициирует активацию процессов торможения;
с другой – относительно четкая и быстрая реализация ориентировочного рефлекса, значительно сокращающая этап мобилизации (врабатывания). Таким образом, готовность, как актуальное с точки зрения физиологии, функциональное состояние экзаменующегося является решающим фактором значительного вагусного обеспечения деятельности сердца, в частности формирования его ритма у студенток "ригидного" типа реагирования на ментальную нагрузку.
* * * * * * * * * * * * * Рис. 8. Прирост показателей сердечного ритма у студенток с различными вариантами адаптивной реакции в ситуации экзамена, % (* - достоверность различий при p0,05-0,01) Ритм сердца студенток с "лабильным" типом реагирования, при незначительном приросте показателей ритма сердца (при p0,05), также модулируется влиянием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.
Таким образом, ситуация экзамена инициирует более выраженную реакцию активации парасимпатического отдела вегетативной нервной системы у студенток с "ригидным" типом реагирования по сравнению со студентками отнесенных к группе "лабильных". Отсюда реакцию организма на напряженную ментальную нагрузку, вызывающую изменения нейродинамичеких процессов (группа "лабильного" типа) считаем адекватной сложившимся условиям деятельности, характеризующей кроме того, экономичность вегетативного обеспечения, на что указывает относительно низкий прирост мощности VLF-компонента.
Выявленные особенности регуляции ритма сердца у лиц с различным типом реагирования на ментальную нагрузку являются, на наш взгляд, адекватными условиям проведения функциональной нагрузки, с одной стороны определяемой степенью значимости конечного (полезного) результата деятельности;
с другой – определяющей поведенческие реакции, в том числе отражающиеся на вегетативном обеспечении деятельности сердца. Такое заключение согласуется с результатами исследований ряда авторов: Н.Н. Даниловой (1999), T. Pickering (2003), Н.А.
Агаджаняна (2004);
К.В. Судакова (2005).
ВЫВОДЫ 1. В условиях учебно-профессиональной деятельности вегетативная регуляция организма студенток, выражается тремя типами: ваготоническим, эйтоническим и симпатикотоническим в соотношении 1:2:1.
2. Результаты математического анализа ритма сердца, полученные в первые минуты после ментальной нагрузки независимо от ее типа, указывают на преобладание вагусного влияния регуляции на сердечный ритм студенток.
Выраженное парасимпатическое влияние было отмечено уже на 15-20-ой минуте выполнения нагрузки, о чем свидетельствовали изменения показателей M и ИН (p 0,001).
3. В структуре регуляции ритма сердца студенток 19-20-ти лет при выполнении ментальной нагрузки, как в ситуации экзамена, так и в модели, выявлено увеличение мощности низкочастотных колебаний второго порядка (VLF компонент), что отражает активизацию надсегментарных церебральных систем.
4. Психофизиологический статус студенток 19-20-ти лет проявляется слабостью нервной системы (у 43,4 % обследуемых), преобладанием процессов торможения над возбуждением (44,5 %), средним уровнем подвижности нервных процессов (53,3 %), высокой степенью концентрации возбуждения (66,4 %) и высоким уровнем сенсомоторной координации, выявленном у 89,8 % обследуемых студенток.
5. Соотношение показателей вариабельности ритма сердца, полученных в ходе спектрального и временного анализа, в частности VLF и SDNN, определяет специфичность вегетативных реакций, позволяющих дифференцировать состояния готовности и мобилизации студенток в ситуации до и после нагрузки в зависимости от ее типа.
6. Психофизиологическое состояние студенток до нагрузки в ситуации модели по сравнению с экзаменом характеризуется низким показателем скорости одиночного движения в «теппинг-тесте» (p0,001) при увеличении времени реакции в тесте «Реакция выбора» (p0,005). Постнагрузочное состояние в ситуации модели по сравнению с экзаменом сопровождается низкими показателями скорости одиночного движения в «теппинг-тесте» (p0,003) и меньшим количеством ошибок в методике «Координациометрия по профилю» (p0,001).
7. В условиях ментальной нагрузки выявлено два варианта срочной адаптивно компенсаторной реакции организма студенток: "лабильный" и "ригидный", отражающих особенности вегетативной регуляции ритма сердца и нейродинамических процессов. Низкая интенсивность вегетативных реакций (низкий прирост мощности VLF-компонента) в ответ на ментальную нагрузку экзаменационной ситуации, указывает на высокую стрессустойчивость студенток "лабильного" типа.
Список публикаций по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Скибина, О.М. О возможности реализации программы управления функциональным состоянием студентов циркового училища / О.М. Скибина, О.В. Байгужина // Вестник ЧГПУ. Серия 4. Естественные науки. – 2005. – № 7. – С. 175-183.
2. Шибкова, Д.З. Психофизиологические критерии в структуре факторов кристаллогенеза смешанной слюны / Д.З. Шибкова, П.А. Байгужин, О.В.
Байгужина, П.Н. Иванов // Вестник Уральской медицинской академической науки. – 2006. – № 3-2. – С. 126-127.
Публикации в других изданиях 3. Байгужина, О.В. Влияние обратной связи на изменение сенсомоторной координации у студенток в зависимости от положения тела / О.В.
Байгужина, О.М. Скибина // Теоретические и практические вопросы восстановления и сохранения здоровья человека: Сборник науч. тр. ученых Уральского федерального округа, 2004. – М.: Изд-во "ВИСЛА". – С. 14-18.
4. Скибина, О.М. Особенности динамики показателей сердечно-сосудистой системы и вегетативного тонуса у студентов циркового училища / О.М.
Скибина, О.В. Байгужина, Д.З. Шибкова // Здоровье ребенка и пути его формирования и защиты: Материалы IV всероссийской научно практической конференции, г. Липецк, 23-24 ноября 2004 г. – С. 109-111.
5. Байгужин, П.А. Особенности проявления свойств нервной системы у студенток с различной дерматоглифической конституцией / П.А. Байгужин, О.В. Байгужина // Человек как субъект социально-экономического развития общества: Материалы Международной научно-практической конференции.
Челябинск – Аркаим, 26-27 мая 2005 г. – Челябинск, 2005. – С. 3-4.
6. Байгужин, П.А. Оценка функциональных резервов организма по результатам вариабельности ритма сердца высококвалифицированных спортсменов / П.А. Байгужин, М.Н. Комлева, О.В. Байгужина // Здоровье, физическое развитие и образование: состояние, проблемы и перспективы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции 26-27 октября 2006 г. – Екатеринбург, 2006. – С. 196-199.
7. Байгужин, П.А. Психофизиологические показатели студентов в период экзаменационной сессии / П.А. Байгужин, М.Н. Комлева, О.В. Байгужина // Здоровье, физическое развитие и образование: состояние, проблемы и перспективы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции 26-27 октября 2006 г. – Екатеринбург, 2006. – С. 147-150.
8. Байгужина, О.В. Роль механизмов регуляции деятельности сердечно сосудистой системы организма в формировании срочного ответа на действие стрессовой ситуации / О.В. Байгужина // Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека:
Материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции, г. Волгоград, 18-21 февраля 2008 г.: В 2 тт. Т. 1. – Волгоград: Волгоградское научное издательство, 2008. – С 304-307.
9. Байгужина, О.В. Обоснование выбора метода анализа ритма сердца при оценке адаптивной реакции организма студенток на действие ментальной нагрузки / О.В. Байгужина, Д.З. Шибкова // Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: Материалы II Междунар. науч.-практич. конференции (6-8 октября 2008 года). – Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2008. – С. 53-58.
Сокращения, используемые в автореферате АПК – аппаратно-программный комплекс;
ВСР – вариабельность сердечного ритма;
SDNN – стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов;
RMSSD – квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов;
pNN50 – число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов в массиве;
TP – общая мощность спектра;
VLF – низкочастотный компонент второго порядка;
LF – низкочастотный компонент первого порядка;
HF – высокочастотный компонент спектра;
M – математическое ожидание;
Mo – мода;
AMo – амплитуда моды;
ВР – вариационный размах;
ИН – индекс напряжения, у.е.;
КЧСМ – критическая частота слияния мельканий, Гц;
РВ – реакция выбора, мс;
ПрЗМР – простая зрительно-моторная реакция, мс;
Т-т – теппинг-тест;
РДО – реакция на движущийся объект, мс;
КМ – координациометрия;
CV – коэффициент вариации, %;
Ме – медиана.
Подписано в печать Формат 6090/16. Объем уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Заказ № Бумага офсетная Отпечатано в типографии ГОУ ВПО ЧГПУ 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина,