Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Физиологические, психофизиологические и биохимические индикаторы сенсомоторной интеграции 9
1.1 Сенсомоторная интеграция и регуляция движений 9
1.2 Физиологические, психофизиологические и биохимические механизмы стресса 21
1.3 Функциональные состояния и их классификация 33
ГЛАВА II. Организация и методы исследования 37
2.1.Организация исследований 37
2.2. Методы исследования 40
2.2.1. Методы исследования нейродинамического компонента 40
2.2.2. Методы исследования статокинетической устойчивости 41
2.2.3. Методы регистрации и записи электронейромиограммы 43
2.2.4. Методика регистрации ЧСС 44
2.2.5. Методы исследования психофизиологического компонента 44
2.2.6. Определение стресс-реализующей и стресс-лимитирующей системы 46
2.2.7. Математико-статистическая обработка результатов исследований 48
ГЛАВА III. Результаты собственных исследований и их обсуждение 49
3.1. Показатели простой и сложной зрительно-моторных реакций у студентов в течение учебного года 49
3.2. Характеристика статокинетической устойчивости у студентов в течение учебного года 52
3.3. Электронейромиографические показатели у студентов в годовом учебном процессе 57
3.4. Динамика показателей ЧСС у студентов в годовом учебном процессе 60
3.5. Показатели стресс-реализующей и стресс-лимитирующей системы 66
3.6. Результаты исследования психофизиологического компонента у студентов в годовом учебном процессе 72
3.7. Корреляционные связи в структуре функционального статуса у студентов в течение учебного года 76
Заключение 84
Выводы 89
Список литературы 93
- Физиологические, психофизиологические и биохимические механизмы стресса
- Функциональные состояния и их классификация
- Методы исследования статокинетической устойчивости
- Электронейромиографические показатели у студентов в годовом учебном процессе
Физиологические, психофизиологические и биохимические механизмы стресса
Основой для изучения механизмов взаимодействия человека с внешней средой и активного антропогенного воздействия на среду является проблема регуляции движений.
Проблема регуляции движений в нашей стране решалась в исследованиях И.М. Сеченова, а затем в работах Н.А. Бернштейна о рефлекторном кольце и многоуровневой организации системы организации движений, которые легли в основу современных представлений о регуляции движений человека (Вартанян И.А., 1999).
В современных представлениях о механизмах работы мозга все чаще используют понятие «внутренних представлений» (репрезентаций), которые формируются ЦНС, в свою очередь, активность ЦНС кодирует процессы, происходящие внутри и вне организма. В рамках раздела физиологии двигательного аппарата данный подход используется в работах Гурфинкеля В.С.,1995, Быстенко А.В., 2004. Следует также отметить тесную связь этого подхода с взглядами ряда других исследователей на предмет роли систем координат (систем отсчета). В частности, в условиях восприятия пространственных изменений, при организованных двигательных актах, при необходимости поддержания позы, когда в центральной нервной системе отображается пространственная информация о положении объекта, цели двигательного акта (Аллахвердиев А.Р., 2005, Буцик С.В., 2010).
Н.А. Бернштейн (1997) в своих исследованиях способы описания пространства сопоставляет с уровнями организации движений: уровнем пространственного поля и уровнем действий. Для данных уровней свойственны топологические и метрические действия, формирование которых связано с проблемой межполушарной асимметрии. Говоря об организации движений, следует учитывать межполушарную специфичность (Боброва Е.В., 2010). Известно, что левое полушарие головного мозга обеспечивает анализ категориальных координатных пространственных отношений. Правое полушарие головного мозга в основном анализирует координатные пространственные отношения (Щербатых Ю.В., 2000, Jamamoto S.A., Posner M.J., 2003).
Одним из подходов, объясняющих механизмы организации двигательных актов, является понимание множественности подсистем в ЦНС, которые обеспечивают реализацию двигательных функций. На уровне спинного мозга выделяют нейронные сети – моторные примитивы, обеспечивающие элементарные двигательные акты, которые вызываются афферентными воздействиями. Существуют моторные примитивы других уровней ЦНС, вплоть до зеркальных нейронов, которые относятся к примитивам высшего порядка. Вместе с тем, моторные примитивы являются составными компонентами функциональных систем П.К. Анохина (Боброва Е.В., 2010).
Предполагается, что в составе компонентов функциональных систем управления движения можно рассматривать и моторные примитивы, и системы координат, и, применительно к более высоким уровням регуляции движений, «модули мышления» (Сидорова О.А., 2000).
В этом контексте теоретический интерес представляет рассмотрение экспериментальных данных по координации движений, управляемых различными уровнями системы организации движений и реализуемых разными физиологическими механизмами (Боброва Е.В., 2010).
Одним из современных методов изучения механизмов организации движений является электронейромиография. В состоянии покоя поперечнополосатая мышечная система находится в тоническом напряжении, которое на электромиограмме фиксируется в форме колебаний с амплитудой не выше 30 мкВ и в частотном диапазоне от 100 Гц и выше. В условиях локального отведения проявляется электрическая активность от мышц, находящихся в расслабленном состоянии, а также регистрируются колебания электрического потенциала мышц в двигательной единице с частотой 6 – 10 Гц. Обычно тонус поперечнополосатой мускулатуры повышен в половине туловища, которая производит движение. Такие реакции обеспечиваются с участием рецепторов лабиринта и проприорецепторов шейных групп мышц. Даже при мысленной готовности осуществить двигательный акт, либо в условиях психоэмоционального напряжения, наличия патологического функционального состояния параметры частоты и амплитуды тонической электронейромиограммы повышаются (Кретова И.В., 2004).
Пограничные и патологические функциональные состояния характеризуются ассиметричными показателями амплитуды и частоты электронейромиограммы в правой и левой половине тела. Причина асимметрии связана с измененной афферентацией от рецепторов шейных мышц. Выраженность асимметрии будет зависеть от адекватности процессов зрительной, вестибулярной и проприорецептивной афферентации.
Афферентации от рецепторов зрительной и вестибулярной систем, а также и от проприорецепторов интегрируются функциональной системой сенсомоторной интеграции в единый эфферентный выход (Липщиц М.И., 2003).
Произвольные движения могут сопровождаться определёнными последовательностями электрической активности мышечных групп. Эта активация сопровождается увеличением амплитуды ЭМГ одних поперечнополосатых мышечных волокон еще до движения, а других поперечнополосатых мышечных волокон уже в ходе двигательного акта. При нарушении формирования функциональной системы сенсомоторной интеграции отмечается избыточное количество возбуждённых двигательных единиц, находящихся в состоянии возбуждения и десинхронизации колебаний электрического потенциала. Градуальное нарастание амплитуды ЭМГ связано с начальной активацией двигательных единиц, обладающих большей возбудимостью, а затем с началом активации и других двигательных единиц. В итоге показатели амплитуды достигают значений до 1 – 2 мВ (Скотникова И.Г., 2009).
Функциональные состояния и их классификация
Для обозначения новой промежуточной переменной первоначально употреблялись такие термины, как: внимание, мощность, усилие и, наконец, ресурсы.
На современном этапе развития физиологии ЦНС сформировались три точки зрения на понятие «ресурсы ЦНС».
Первая точка зрения подразумевает, что «ресурсы ЦНС» – это вполне определённый и объективно регистрируемый материальный процесс. Так, в качестве ресурса ЦНС может выступать активирующая функция ретикулярной формации головного мозга, метаболизм гликопротеинов в головном мозге или объём и скорость мозгового кровотока. Развитие психофизиологического стресса происходит при объективных отклонениях от гомеостатических констант этих процессов (Казанцева А.С., 2002).
Вторая точка зрения трактует понятие ресурсов ЦНС как теоретическое положение, характеризующее системное качество, присущее системе обработки информации в ЦНС и определяющее лимитирующие свойства средств обработки информации и их перераспределения (Кретова И.Г., 2004, Мальцев В.П., 2011).
Выделение этого, хотя и идеального, но объективно существующего, системного качества, дает принципиальную возможность количественной оценки меры «вовлечения» в решаемую задачу различных структур, участвующих в процессах обработки информации в ЦНС, то есть позволяет определить информационную загрузку человека. С этой точки зрения появляется принципиальная возможность оценки неиспользованных ресурсов ЦНС, то есть возможности измерить имеющиеся резервы обработки информации. Развитие психофизиологического стресса с этих позиций происходит при истощении наличных резервов обработки информации в ЦНС (Кирсанов В.М., 2014).
Третья точка зрения состоит в том, что под ресурсами понимаются ресурсы регуляции функций организма (Марютина Т.М., 2002). Так, ресурсы психофизиологической регуляции организма студентов определяются как определённый функциональный потенциал, обеспечивающий устойчивый уровень выполнения умственной работы в течение определённого времени. Развитие психофизиологического стресса, с этой точки зрения, происходит вследствие рассогласования регуляторных механизмов в ЦНС (Клаучек С.В., 2004, Сухова Е.В., 2014).
Система психофизиологической регуляции функций организма, состоящая из определённых компонентов, обладает ресурсами регуляции, которые имеются у каждого из этих компонентов. Как системное качество ресурсы не могут рассматриваться за пределами структурных образований, в которых протекают информационные процессы. Определение структур, осуществляющих процессы обработки и преобразования информации и анализ их взаимодействия, должно предшествовать анализу их ресурсоподобных свойств, так как содержательная характеристика ресурсов ЦНС определяется их структурой (Шапошников А.В., 2000; Кузьменко В.А., 2002; Хватова М.В., 2009). Именно поэтому данная работа базируется на положениях второй концепции. Организм человека представляет собой слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых определяют динамическую устойчивость гомеостаза, другие определяют адаптацию к внешней среде и социальным условиям (Павлова Т.В., 2008). Фундаментальной основой адаптации организма является формирование доминирующей функциональной системы, полезным результатом которой является поддержание и восстановление нарушенного гомеостаза. Многоуровневый принцип функциональных систем в организме предусматривает участие в процессах адаптации как вегетативной, так и центральной нервной системы. Исключительная роль отводится исходной реактивности, которая связана с морфофункциональным состоянием организма и определяет характер предстоящей реакции на действие адаптогенных факторов. Большое значение для прогнозирования характера ответной реакции организма в новых условиях существования имеет определение, так называемой, «готовности к адаптации» или исходной реактивности организма (Горст В.Р., 2009).
Координация и интеграция функциональных взаимоотношений между психическими, нейродинамическими, энергетическими и двигательными компонентами в организме является основным универсальным принципом, который обеспечивает оптимальное функциональное состояние и максимальные адаптационные возможности. Из множества работ, посвященных проблеме стресса, можно выделить методологически ориентированные исследования (Кудинова Е.В., 2005).
Для многих таких исследований характерно классическое понимание стресса как реакции организма человека на внешнее воздействие, а также его соответствующее состояние (Фомин П.А., 2003, Липасян С.М., 2007). Основоположником классического понимания стресса стал Г. Селье (1936).
То есть, изначально понятие стресса и стрессоустойчивости возникло как категория устойчивости состояния человека, организма, нервной системы, органа и т.д.
Основной массив данных о стрессе получен в рамках гомеостазически ориентированных теорий, в которых на первое место выходят процессы, обеспечивающие становление механизмов редукции напряжения. При этом развиваются представления, на базе которых стресс рассматривается исключительно в качестве адаптивного синдрома, обеспечивающего равновесное состояние организма человека (Медведев В.И., 1979,1982; Elidan, G., 1991, Hlavacka, F., 2001).
Методы исследования статокинетической устойчивости
Из анализа таблицы 2 и рисунка 2Б следует, что количество действий при выполнении СЗМР в покое достоверно значимо снижалось после первой сессии на 21,01% и после второй сессии 38,56% от фоновых величин, при этом, необходимо отметить, что снижение показателя СЗМР на исследуемых этапах учебного года имело тенденцию к снижению.
Количество действий при выполнении СЗМР при движении на неустойчивой опоре в первую сессию по сравнению с фоновыми величинами достоверно снижалось к началу второй сессии на 13,25%; в середине второй сессии увеличивалось по отношению к фоновым значениям на 15,29%. После второй сессии показатели СЗМР возвращались к таковым на начало второй сессии.
При анализе количество действий при выполнении СЗМР в покое и при движении на неустойчивой опоре, можно отметить одинаковую динамику в первую сессию – незначительное колебание около фоновых величин; во второй сессии, (начало) более выраженное снижение количества действий при выполнении СЗМР при движении на неустойчивой опоре на 13,25 (p 0,05) и в конце сессий возрастание на 15,29% (p 0,05). В межсессионные периоды количество действий при выполнении СЗМР движении на неустойчивой опоре колебалось в пределах от 1,5% до 9,5% от фоновых значений. Как показано в ранее проведенном исследовании (Комарова И.А., 2009) – 80% обследуемых в сессионный период находились в пограничном состоянии, что подтверждается и результатом нашего исследования.
Вестибулярная (статокинетическая) устойчивость – показатель, характеризующий функциональное состояние вестибулярного аппарата. Изучение статокинетической устойчивости в динамике учебного года у студентов позволяет отразить влияние учебной нагрузки на процессы сенсомоторного утомления. В таблице 3, рисунке 3 (А, Б) представлены данные исследования статокинетической устойчивости обследованных студентов в течение учебного года.
В начале учебного года (сентябрь месяц) проба письма выполнялась на 77,31+7,24 балла, которые были приняты за контрольный показатель. Из анализа данных следует, что «проба письма» у студентов к началу первой экзаменационной сессии имела тенденцию к снижению, а к середине это снижение составило 25,2% (p 0,01). К концу второй сессии (май-июнь) снижение показателей в тесте «проба письма» у студентов достигло 29,66% (p 0,01). В межсессионные периоды фиксировали тенденцию к снижению показателей в тесте «проба письма» у студентов. Проба Ромберга в начале учебного года у студентов выполнялась на 69,27 балла, что было принято за контрольный показатель. Из анализа данных следует, что показатели теста «поза Ромберга» у студентов имели достоверно значимое снижение к середине сессии на 22,6% (p 0,01).
К середине второй сессии было зафиксировано такое же снижение показателя «поза Ромберга», которое составило 21,13% (p 0,01). В межсессионный период была зафиксирована тенденция к снижению.
Можно отметить, что максимальное снижение статокинетической устойчивости у студентов по показателям пробы письма и пробы Ромберга наблюдается в середине экзаменационной сессии, на период которой приходится наибольшая психофизическая нагрузка, развивающая сенсомоторное утомление. Далее мы провели тест «стояние на одной ноге», результаты которого представлены на рисунке 3А. Тест «стояние на одной ноге» выполнялся среди студентов в начале учебного года (сентябрь) на 56,73 балла, что было принято за контрольный показатель.
Из анализа результатов таблицы следует, что в межсессионный период данные этого теста были на уровне контрольных величин и только в постсессионные периоды (февраль и июль) была отмечена тенденция к снижению.
К началу первой и второй сессий данные этого теста (декабрь, май) почти не отличилась от контрольных величин, но к середине сессии (январь и июнь) результаты у студентов при выполнении данного теста снизились на 14,7-12,96%.
Полученные данные при проведении исследований в тесте «стояние на одной ноге» не были достоверными, поэтому, на наш взгляд, данный тест малоинформативен в контексте дальнейшего исследования.
Проба «ходьба по прямой» в начале учебного года (сентябрь месяц) у студентов выполнялась на 78,61 балла, что было принято за контрольный показатель. Из анализа данных рисунка следует, что в межсессионные период данные этого теста находились в пределах фоновых величин.
К началу первой и второй сессий (февраль, май) данные выполнения студентами этого теста незначительно превышали контрольные величины, но к середине сессий показатели ухудшились.
Так, к середине сессии (январь), показатели теста «ходьба по прямой» у студентов, выполнявших данный тест, снизились на 13,6% (p 0,01), и во второй сессии (июнь) данный показатель снизился на 14,81% (p 0,05).
Полученные результаты подтверждают данные, полученные нами в пробах письма и позе Ромберга о максимальном развитии сенсомоторного утомления в середине сессионного периода, когда наблюдается сочетанное воздействие учебных нагрузок и экзаменационного стресса на функциональное состояние организма студентов.
Электронейромиографические показатели у студентов в годовом учебном процессе
Известно, что изучением влияния повышенной умственной нагрузки на организм студентов в течение учебного года и особенно в экзаменационный период занималось много исследователей (Тигранян П.С., 1988, Бодров В.А., 2000, Юматов Е.А., 2001). В этих исследованиях экзаменационное напряжение и стресс-реакция определялись в основном биохимическими и психологическими методами. Поэтому назрела необходимость комплексного исследования адаптации организма студентов к умственной нагрузке с привлечением механизмов изучения нейродинамических, статокинетических, вегетативных процессов. П.К. Анохиным в своей концепции «Об опережающем отражении действительности…» было дано предположение об адаптации как о динамической структуре. Он показал, что под влиянием внешней и внутренней среды в высших регуляторных центрах образуются не только опережающие поведенческие реакции, но и возможные морфофункциональные и энергетические изменения в организме (Анохин П.К., 1997).
Увеличение латентного времени было показано и такими учеными, как Р.М. Халфин, П.А. Байгужин (2014), при исследовании простой зрительно-моторной реакции у офисных служащих в десятидневный период.
При анализе статокинетических показателей также зафиксировано снижение тестов позного равновесия в экзаменационные сессии. Из этого следует, что снижается активация вегетативной нервной системы, направленная на энергетическое обеспечение двигательных реакций (Анохин П.Г., 1997, Сидирова О.П., 2000). Следствием снижения статокинетического и нейродинамического компонента ЦНС в экзаменационные периоды, как мы полагаем, являются изменения показателей ЧСС, вегетативной сердечно-сосудистой системы.
Наши данные, полученные при исследовании психофизиологического компонента, а именно, по психологической напряженности, совпадают с данными других авторов (Бодров В.А., 2000, Геворкян А.В., 2003, 2004, Лазаренко В.В., Павлова В.И. и др., 2010).
Ранее была показана зависимость напряженности студентов на экзамене, которая изменяется вслед за изменением личностного смысла, целей сдачи экзамена, экзаменационной оценки. При этом если студент находится в зоне эмоционального комфорта, т.е. он был готов по содержанию предмета, и наоборот, если студент недостаточно подготовлен, то он ощущает субъективное рассогласование, порождающие эмоциональный дискомфорт, психическую напряженность и психологический стресс со всеми негативными последствиями (Лазаренко В.В., Павлова В.И. и др., 2010).
Интерес представляют данные психической напряженности, которые увеличиваются в сессионный период в 1,5-2 раза, а умственная работоспособность снижается на 16,49-20%; в эти же сроки объем и переключение внимания снижаются на 25,20% – 37,48%. Можно объяснить данный феномен с позиции компенсаторно-приспособительных реакций, которые мобилизуют резервные нейроны или по механизму отрицательной индукции возбуждают ранее заторможенные, т.е. активируют возможности ассоциативной коры. Исследования А.В. Шишовой, Е.А. Лапиной (2014) показывают, что процесс обучения в вузах связан с интенсивной умственной работой, сопровождающейся мобилизацией внимания, памяти и сопряженной с уровнем подвижности процессов возбуждения и торможения ЦНС (Шишова А.В., Лапина Е.А., 2014), что в основном не противоречит нашим исследованиям. Многочисленные авторы полагают, что приспособительные реакции к информационным и умственным нагрузкам играют важную роль в понимании адаптационных механизмов организма различного характера и предсказывании их результативности (Никифорова О.А., Накалихина В.И., 2006, Литвинова Н.А., 2008).
Аналогичные выводы делают и другие исследователи, которые считают, что получение, усвоение большого объема информации в рамках ограниченного времени и загруженности различными видами учебной деятельности увеличивают нагрузку на деятельность ЦНС. Получение, усвоение информации выражаются нейродинамическими реакциями, психоэмоциональным напряжением, вегетативными расстройствами (Корюкалов Ю.И., 2008, Байгужина О.В., 2008, Шибкова Д.З., Байгужин П.А., 2011). В.Б. Рубанович, О.И. Айзман (2011) обращают внимание на ухудшение здоровья студенческой молодежи, что приводит к снижению эффективности обучения студентов. Поэтому необходимо провести психофизиологическое исследование студентов с целью прогноза их возможностей обучения в вузе.
В литературе накоплен значительный объём сведений о влиянии многообразных условий и факторов на психологические функции и состояние организма студентов в период сессии. Многие из частных характеристик и закономерностей имеют универсальный характер и могут быть использованы для оценки и прогнозирования профессиональной подготовленности в различных сферах человеческой деятельности. Использованные нами методики позволяют оценить статокинетическую устойчивость как показатель адаптации и резервных возможностей организма студентов. Методика исследования простой зрительно-моторной реакции при движении на неустойчивой опоре даёт возможность оценить функциональные состояния на различных уровнях интеграции физиологических систем, в тоже время, она не требует затрат и достаточно эффективна. Оценка функционального состояния организма, а также здоровья студентов представляет собой обобщённую систему слаженного взаимодействия. Она предусматривает использование методических приёмов с выдачей информации в интегральном виде. Физиологические процессы, обеспечивающие функционирование такой биологической системы, подчинены единой задаче – преобразованию и передаче информации в центральную нервную систему. Всё это свидетельствует о том, что для объяснения физиологических основ формирования адаптации при стрессовых воздействиях на организм студентов необходимо всестороннее исследование функциональных состояний и работоспособности организма. Предложенная нами методика позволяет всё это оценить и не требует затрат. Результаты наших исследований свидетельствуют, что показатели сенсомоторной интеграции: физиологические, психологические и биохимические реакции, параметры статокинетической устойчивости и показатели перекисного окисления липидов и антиоксидантов – являются информативными критериями в оценке экзаменационного стресса у студентов.
