Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности восприятия времени человеком как интегрирующий фактор систем организма (обзор литературы) 10
1.1. Понятие «времени» с точки зрения различных наук 10
1.2. Время - источник энергии 22
1.3. Представления о пространственно-временной организации сердечного ритма 27
1.4. Специфика восприятия времени с учетом индивидуальных особенностей человека 37
1.5. Влияние различных факторов (интеллектуальная нагрузка, эмоциональный стресс, физическая нагрузка) на состояние психофизиологических и вегетативных процессов человека с учетом его биоритмов 47
Глава 2. Материал и методы исследования 49
2.1. Общая характеристика исследований 49
2.2. Морфометрические и физиологические методы 50
2.3. Вариационная пульсометрия 52
2.4. Спектральный анализ ВСР 53
2.5. Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS) 54
2.6. Тест «индивидуальная минута» 55
2.7. Моделирование интеллектуальной нагрузки 55
2.8. Моделирование физической нагрузки 56
2.9. Методы математико-статистического анализа данных 57
Глава 3. Исследования вегетативного статуса и пространственно-временных характеристик ритмо- образовательного процесса сердца при различных функциональных состояний 58
3.1. Пространственно-временные параллели в регуляции ритмообразовательной функции сердца в условиях покоя 58
3.2. Индивидуальная минута в пространственно-временных взаимоотношениях механизмов формирования ритма и частоты сердечных сокращений 77
3.3. Пространственные и временные показатели формирования ритма и частоты сердечных сокращений при физической нагрузке средней интенсивности 83
3.4. Пространственные и временные показатели формирования ритма и частоты сердечных сокращений при интеллектуальных нагрузках 92
Заключение 99
Выводы 106
Список условных сокращений 108
Список источников литературы
- Представления о пространственно-временной организации сердечного ритма
- Влияние различных факторов (интеллектуальная нагрузка, эмоциональный стресс, физическая нагрузка) на состояние психофизиологических и вегетативных процессов человека с учетом его биоритмов
- Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS)
- Индивидуальная минута в пространственно-временных взаимоотношениях механизмов формирования ритма и частоты сердечных сокращений
Представления о пространственно-временной организации сердечного ритма
В последние годы наблюдается повышенный научный и практический интерес ученых различных областей знаний к изучению проблемы времени. Выявлено, что индивидуальное восприятие времени отражает общее состояние организма, характеризует адаптоспособность человека к меняющимся условиям внешней и внутренней среды, включая социальную адаптацию, определяет биологический возраст и играет значительную роль в достижении эффективных результатов большинства видов деятельности (Моисеева, 1980; Самохина, 1986; Водолажская, Солгалов, 1997; Цуканов, 2000; Власова, 2001; Мельникова, Мельников, 2002; Мельникова, 2004; Green, 2003; Косяков, 2005).
Для наиболее полного понимания нынешнего состояния изученности проблемы восприятия времени, следует отметить, что теоретические основы данного направления закладывались в рамках философии, психологии и физиологии. Следовательно, вызывают интерес как теоретические, так и экспериментальные данные, полученные в каждой из этих наук (Клеопов, 2005).
В философии проблема времени является предметом изучения с древних времен, и именно философские концепции легли в основу развития различных психологических подходов к решению проблемы восприятия времени (Борхес, 1991; Хайдеггер, 1997; Гайденко, 2003, 2006; Лебедев, 2006; Rosenberg, 2006; Price, 2011). Самыми известными среди них являются: концепции Аристотеля, Канта, блаженного Августина и направление диалектического материализма. Первые упоминания о категории времени приходятся на античную мифологию и древнегреческий эпос. Так, исследования гомеровского эпоса показали, что в «Одиссее» впервые упоминалось о таких философских категориях, как пространство и время. В «Теогонии» имеется представление о двух временах: одно - циклическое время несовершенного мира, другое - высшее время, которое отсчитывает глобальные моменты истории мира (Ахундов, 1998). Свое дальнейшее становление эти еще не совсем четкие идеи о существовании двух времен продолжили в античной натурфилософии, в философии эпохи Возрождения и в теориях нового времени, в работах таких философов как Аристотель, Сократ, Гераклит, Платон, Демокрит, Декарт, Гегель, Кант, Бергсон и др. (Молчанов, 1998).
При рассмотрении эволюции представлений о времени в процессе развития человеческого мышления и познания законов природы, в философии и параллельно в физике можно выделить две пары взаимодополняющих друг друга концепций времени. Одна из концепций первой пары, субстанциональная концепция, имеет расхождение в вопросе о природе времени, о соотношении категории времени и движения. Данная концепция рассматривает время как отдельного рода субстанцию наравне с пространством, веществом и пр. Другая концепция, реляционная, считает, что время относительно между различными событиями. Вторая пара концепций имеет разные точки зрения на процессы развития и имеет расхождения в вопросах об отношении категорий времени и бытия. Статическая концепция рассматривает события прошлого, настоящего и будущего как реально и одновременно существующими, а образование и исчезновение материальных объектов сравнивает с иллюзией, возникающей в результате осознания какого-либо изменения. Согласно второй концепции, динамической, реально существуют события только настоящего времени, события будущего - еще реально не существуют, а события прошлого - уже реально не существуют (Логинова, 2000).
На протяжении долгого времени наиболее разработанным и установившимся являлся метод анализа объективного времени как атрибута материи. В философских работах отечественных мыслителей время определяется как последовательная смена различных состояний объекта. Однако в последнее время основная тенденция в анализе проблемы времени устремлена на преодоление философской трактовки времени и объяснение его с точки зрения физической величины (Заславский, 2005). Так Аскин Я.Ф. (1966) отграничил категорию времени от категории пространства и оговорил необоснованность одной лишь физической интерпретации времени (Каган, 2003). Лой А. Н. и Шинкарук Е. В. (1979) отметили, что социально-историческое бытие является таким же реальным, как и бытие физических объектов. Они подчеркнули, что «социально-историческое время, будучи на ранних этапах человеческой истории зависимое от ритмики природы, в процессе развития человеческой жизнедеятельности все более освобождается от этой зависимости и выражает последовательность, повторяемость, длительность, ритмы, темпы социальных процессов». Трубников Н.И. (1987), анализируя процесс культурного, социального и общего человеческого развития, указывает на наличие общего исторического времени, социального бытия и индивидуального человеческого. Он также выступал против чисто физической интерпретации времени, отмечая при этом, что «время есть нечто несопоставимое, более фундаментальное, чем «длительность», «момент» или «интервал», чем все то, что может быть выражено положением часовых стрелок или положением светил на небосклоне».
Разделив понятия времени как такового и физического времени как формы последовательного протекания природных процессов, философская концепция времени стала рассматриваться учеными глубже. Ярская В.Н. (1989), осуществив экскурс в полифоническое структурирование темпорального описания мира, рассуждает о существовании художественного времени.
Влияние различных факторов (интеллектуальная нагрузка, эмоциональный стресс, физическая нагрузка) на состояние психофизиологических и вегетативных процессов человека с учетом его биоритмов
Показатель активности регуляторных систем позволяет комплексно оценить вариабельность сердечного ритма. PARS вычисляется в баллах по специальному алгоритму, заложенному в программу компьютерной обработки продолжительности кардиоинтервалов. Показатель включает 5 характеристик, которым присваивается целое число по шкале от -2 до +2: суммарный эффект регуляции, который рассчитывается по показателям частоты пульса; вегетативный гомеостаз, оценка которого производится по амплитуде моды и разности между максимальными и минимальными значениями кардиоинтервалов; функция автоматизма, вычисляемая по коэффициенту вариации полного числа кардиоинтервалов и разности между их максимальными и минимальными значениями; состояние симпатического нервного центра, оценивается по мощности волн очень низкочастотного диапазона спектра ВСР; состояние гемодинамического центра, оценивается по мощности волн низкочастотного диапазона спектра ВСР. Величина PARS складывается из абсолютных значений каждой вышеуказанной характеристики. Показатель дает возможность дифференцировать различную степень напряжения регуляторных систем, что позволяет отнести обследуемого к одному из четырех функциональных состояний: состояние нормы или удовлетворительной адаптации (1-3 балла); состояние функционального напряжения (донозологическое состояние) (4-5 баллов); состояние перенапряжения или неудовлетворительной адаптации (преморбидное состояние) (6-7 баллов); состояние истощения регуляторных систем или срыва адаптации (8 -10 баллов).
Для оценки особенностей восприятия времени человеком использовали тест «индивидуальная минута», предложенный Ф. Халбергом (Halberg, 1969). Суть его заключается в следующем: по команде экспериментатора, проводящего тестирование, испытуемый должен начать отсчет времени (про себя) от 1 до 60 секунд (при окончании счета цифра «60» произносится вслух). При этом исследователь засекает с помощью секундомера начало отсчета и его конец. Для оценки результатов теста использовали следующий критерий: лица с хорошей адаптацией к различным нагрузкам (физическим и психическим) имеют очень небольшие отклонения по определению минуты: плюс-минус 3-5 с, т. е. насчитывают 60-65 с; люди с плохой адаптацией имеют короткую индивидуальную минуту — 46,2-47,0 с; люди, останавливающие секундомер на 40-й с, как правило, имеют плохую переносимость физической нагрузки; психически неуравновешенные, особенно совершившие суицидные попытки, останавливают секундомер на 30-й или даже на 27-22-й с (Арушанян, 2000; Боровкова, 2004; Щербина, 2004). При составлении и реализации модели ментальной нагрузки считали необходимым: предлагать содержание (вопросы по пройденным разделам курса «нормальная физиология») и форму (тесты) модельных задач, активизирующих пороговые уровни основных когнитивных процессов; предварительно испытуемых нацеливали на максимальное количество правильно решенных вопросов, мотивировав получением большего количества баллов, учитываемых в учебном процессе; элементом эмоционального стресса являлось ограничение по времени, отведенного на тест.
В качестве интеллектуальной нагрузки предлагались два варианта: автоматизированный вид тестирования (Орлов, Ноздрачев, 2005) и бланковый (неавтоматизированный), где тестовые задания составлены в соответствии с методическими требованиями, предъявляемыми к такого рода работам (Пак, 1998; Гузеев, 2002; Майоров, 2002). Исследование проводили в утренние часы (9.00-11.00). Для получения исходных данных о состоянии вегетативного статуса измеряли артериальное давление (АДд, АДс), проводили 5-ти минутную регистрацию ЭКГ во II стандартном отведении в положении лежа, измеряли электропроводность кожи. Для выявления особенностей восприятия времени проводили тест «индивидуальная минута».
Затем испытуемому предлагалось решить тестовое задание. Время, отведенное на решение теста, составляло 10 минут. После стадии врабатывания проводили тест «индивидуальная минута», при котором испытуемый по своему усмотрению мог отсчитывать минуту «про себя» или продолжать работать (условия предварительно обговаривались).
Сразу же по окончании выполнения интеллектуальной нагрузки у испытуемого оценивали вегетативное обеспечение учебной деятельности на основании многомерного анализа кардиоритмограммы, полученной при пятиминутной регистрации во втором стандартном отведении в положении лежа. Определяли электропроводность кожи, измеряли артериальное давление.
Физическая нагрузка обеспечивалась с помощью велоэргометра «Medicor» (Венгрия). Величина нагрузки дозировалась в зависимости от пола испытуемого. Нагрузка для девушек составляла 50 Watt, для юношей - 100 Watt. Длительность совершаемой работы составляла 5 минут для всех испытуемых. Исследование проводили в утренние часы (9.00 - 11.00). 2.9. Методы математико-статистического анализа данных
Полученные результаты статистически обрабатывались по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t критерий Стъюдента, корреляционный анализ (Лакин, 1990; Автандилов, 1990; Реброва, 2002). Для анализа динамики физиологических показателей в ходе экспериментов применялся метод прямых разностей (Некляев, 1968). Статистическая, геометрическая и спектральная обработка кардиоинтервалограмм осуществлялась по программе ИСКИМ6, разработанной в «Институте внедрения новых медицинских технологий» (г.Рязань) (Семенов, Баевский, 1996).
Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS)
Корреляционный анализ между временными и пространственными показателями ритмообразовательного процесса в группах студентов с разным уровнем АП выявил наиболее сильные связи у испытуемых с адаптационным потенциалом больше 2,6 условных единиц. Самые слабые корреляционные связи обнаружены в группе с АП в диапазоне от 2,1 до 2,6 условных единиц (таблица 14).
Во всех группа формировались достоверно высокие корреляционные связи между разбросом продолжительности кардиоинтервалов и суммарной мощностью волн всех трех частотных диапазонов спектра ВСР.
Таким образом, нами выявлено, что частота и ритм сердечных сокращений, с одной стороны, и центральный и автономный контуры регуляторных механизмов, с другой, образуют пространственно- временной континуум системы регуляции ритмообразовательной функции сердца. В состоянии покоя наиболее тесные и обширные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляции проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляцией сердечного ритма. У студентов с напряжением адаптивных механизмов также отмечены более сильные корреляционные связи между временными параметрами сердечной деятельности и показателям суммарной мощности высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР в абсолютных и относительных величинах. Обнаруженные закономерности делают необходимым проведение исследований корреляционных связей между параметрами пространственно-временной организации механизмов формирования ритма сердца при функциональных состояниях, сопровождающихся напряжением регуляторных механизмов.
Человеку свойственно субъективно оценивать продолжительность отдельных временных отрезков физического времени. Величина субъективной оценки продолжительности временных интервалов зависит от функционального состояния организма, возраста человека, внешних факторов (погодные условия, время суток, сезон года). Мы определяли взаимосвязи механизма формирования ритма и частоты сокращения сердца с персональным ощущением продолжительности временных отрезков. Ритмообразовательные процессы оценивались по показателям вариабельности сердечного ритма. В качестве критерия субъективной оценки временных интервалов был выбран тест «индивидуальная минута». Исследование было выполнено на 107 студентах обоего пола в весенний период года в первой половине дня. Средний возраст испытуемых составил 19,1±0,2 года.
У испытуемых в состоянии относительного функционального покоя измеряли артериальное давление, проводили запись ЭКГ с помощью программно-аппаратного комплекса «Варикард 2.51», измеряли длину и массу тела, определяли продолжительность индивидуальной минуты. Затем рассчитывали вегетативный индекс, адаптационный потенциал. С помощью программы ИСКИМ6 осуществляли анализ вариабельности сердечного ритма. Все гемодинамические показатели испытуемых соответствовали физиологической возрастной норме (Горст, 2009).
Продолжительность индивидуальной минуты в общей группе у студентов составила 64,2±1,7 секунды. У девушек величина индивидуальной минуты была 66,3± 2,2 секунды, что незначительно выше, чем у юношей (60,0±2,5 секунд). Корреляционный анализ не выявил достоверных связей между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями гемодинамики и ВСР как в общей группе, так и в отдельных группах юношей и девушек.
Для детального исследования продолжительности индивидуальной минуты и ее связи с показателями гемодинамики и ВСР всех испытуемых разделили на группы по степени выраженности вегетативного индекса, величине адаптационного потенциала, а также на группы с различными типами вегетативной регуляции с принципом деления испытуемых по показателям ВСР (Шлык, 2009).
На первом этапе всех испытуемых разделили по величине вегетативного индекса на три группы. В 1-ю вошли студенты с преобладанием активности парасимпатической нервной системы (ВИ меньше -10 условных единиц; 25 человек), во 2-ю группу вошли студенты с балансом между симпатическим и парасимпатическими отделами вегетативной нервной системы (ВИ от -10 до +10 условных единиц; 43 человека), в 3-ю группу вошли испытуемые с преобладанием тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы (ВИ больше +10 условных единиц; 39 человек). Продолжительность индивидуальной минуты в первой группе составила 64,9+4,0 секунды, во второй группе - 65,3+0,9 секунды, в третьей -62,6+2,6 секунды. Отличия по продолжительности индивидуальной минуты у испытуемых в указанных 3-х группах не были достоверными.
Корреляционный анализ проводили между продолжительностью индивидуальной минуты, с одной стороны, и основными показателями гемодинамики, вариабельности сердечного ритма и индексами функциональной активности, с другой. Результаты исследования представлены в таблице 15. Нами было установлено, что достоверные корреляционные связи возникают только между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями вариабельности сердечного ритма, особенно в группе с преобладанием активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.
Индивидуальная минута в пространственно-временных взаимоотношениях механизмов формирования ритма и частоты сердечных сокращений
В соответствии с поставленными задачами, нами были проведены корреляционные исследования между временными и пространственными показателями механизмов регуляции ритмообразовательной функции сердца сразу после физической нагрузки средней интенсивности и после интеллектуальной нагрузки. Отмечено увеличение значимости корреляционного коэффициента в большинстве изучаемых комбинаций параметров ритмической деятельности сердца и его регуляции. В тоже время при интеллектуальной нагрузке по сравнению с физической изменения ритмогенеза сердца и его регуляции были более выражены, что указывает на большую степень влияния структур головного мозга на реализацию данных адаптивных состояний.
После физической нагрузки наибольший прирост корреляционного показателя произошел между временными параметрами деятельности сердца (частота сердечных сокращений, мода - наиболее часто встречающийся кардиоинтервал, разброс кардиоинтервалов) и очень низкочастотными волнами спектра вариабельности сердечного ритма, отражающими степень участия симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции функций организма. Другие комбинации пространственных и временных характеристик ритмообразовательной функции сердца сохраняли стабильность корреляционного показателя, или происходящие изменения были несущественными.
После интеллектуальной нагрузки, в отличии от реакции на мышечную работу, корреляционный показатель между временными характеристиками и процентом участия очень низкочастотных волн спектра вариабельности сердечного ритма, отражающих уровень влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы, значительно уменьшился, в то время как все остальные изучаемые нами корреляционные связи у испытуемых этой группы возросли.
Выявленные особенности возникновения корреляционных связей между пространственными и временными характеристиками системы формирования сердечного ритма при мышечных и интеллектуальных нагрузках позволяют сделать заключение о том, что изучаемые нами адаптивные процессы имеют специфические влияния на механизмы регуляции ритмообразовательного процесса в сердце.
При анализе реакции организма на физическую и интеллектуальную нагрузки необходимо отметить адекватность изменений показателей гемодинамики. Однако, степень увеличения гемодинамических показателей после физической нагрузки средней интенсивности была выше, чем после интеллектуальной нагрузки.
В ходе исследования нами не выявлены корреляционные связи между продолжительностью индивидуальной минуты и величиной адаптационного потенциала, что в полнее укладывается в представление о пространственно-временных взаимоотношениях в механизмах формирования ритма сердца. Адаптационный потенциал отражает резервные возможности сердечнососудистой системы и организма в целом. Формула адаптационного потенциала включает частоту сердечных сокращений, систолическое и диастолическое давление, возраст человека, массу и длину тела. Из представленных компонентов только частота сердечных сокращений может быть связана с процессом формирования ритма сердца. Все остальные показатели имеют лишь косвенное отношение к данному процессу.
Корреляционная связь между разбросом кардиоинтервалов и пространственными характеристиками ритмообразовательной функции сердца выстраивается определенным образом и с соответствующим знаком. Разброс кардиоинтервалов имеет положительную связь с долей участия высокочастотных волн вариабельности сердечного ритма в регуляции ритма сердца и отрицательную связь с долей участия низкочастотных и очень низкочастотных волн вариабельности сердечного ритма, т.к. процент высокочастотных волн отражает долю участия парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в формировании ритма сердца. Чем больше влияние блуждающего нерва,тем больше величина HFP и разброс кардиоинтервалов. Процент низкочастотных и очень низкочастотных волн отражает долю участия симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции ритмообразовательного процесса. Становится ясным, что увеличение значений LFP и VLFP должно приводить к уменьшению разброса кардиоинтервалов.
Физическая нагрузка вызывает изменение активности сердечнососудистой системы без существенного изменения эмоционального фона, что позволяет объяснить небольшую динамику корреляционных показателей, отражающих взаимосвязь пространственных и временных характеристик сложного механизма регуляции частоты и ритма сердечных сокращений. При интеллектуальной нагрузке в значительной степени изменяется состояние эмоциональной сферы, и возрастание корреляционных показателей указывает на увеличение связей уровней центральной регуляции с параметрами хронофизиологической деятельности сердца.
При интеллектуальной нагрузке проявляется высокая активность нервной системы, обусловленная необходимостью регуляции деятельности сердца и выполнении высших нервных процессов, что увеличивает корреляционные связи между частотой сердечных сокращений, разбросом кардиоинтервалов, наиболее часто встречающимся кардиоинтервалом и показателями частотных характеристик спектра волн вариабельности сердечного ритма.
Увеличение корреляционных связей между пространственными и временными характеристиками регуляции ритма сердца можно рассматривать как важный критерий адаптации сердечно-сосудистой системы. Данное утверждение согласуется с ранее нами выявленными закономерностями рассогласования ритма сердца и ритма деятельности регуляторных систем организма при срыве адаптации на фоне максимальной физической нагрузки (Горст, 2009).
Пространственно-временной подход к рассмотрению механизма регуляции ритмообразовательной функции сердца представляет собой концепцию новых взглядов на морфофункциональную организацию центрального и автономного контуров регуляции деятельности сердца при различных функциональных состояниях.