Содержание к диссертации
Введение
Глава.1. Системный анализ параметров функционального состояния организма (ФСО) учащихся севера РФ. современное состояние вопроса. 9
1.1. Характеристики особенностей экофакторов среды, в которых находятся учащиеся Югры (ХМАО) и влияние этих факторов на показатели ФСО. 9
1.2. Особенности регистрации некоторых показателей кардиореспираторной ФСО (КРС) по данным пульсоинтервалографии, 35
1.3. Фазатонная теория мозга в объяснении особенностей организации управления ФСО человека. 53
Глава 2. Материалы и методы исследований. 69
2.1. Методы регистрации параметров кардио-респираторной ФСО человека. 69
2.2. Методы количественного исследования общих показателей фазатойа мозга. 87
Глава 3. результаты исследований и их обсуждение. 96
3.1. Особенности состояния КРС и НМС учащихся Югры. 96
3.2. Моделирование динамики возрастных изменений показателей ФСО учащихся, проживающих на Севере РФ. 120
3.3. Исследование корреляции показателей функциональной асимметрии полушарий (ФАП) головного мозга с результатами учебной деятельности учащихся. 132
Выводы 143
Список сокращений 144
Литература 146
Приложения 158
- Характеристики особенностей экофакторов среды, в которых находятся учащиеся Югры (ХМАО) и влияние этих факторов на показатели ФСО.
- Особенности регистрации некоторых показателей кардиореспираторной ФСО (КРС) по данным пульсоинтервалографии,
- Фазатонная теория мозга в объяснении особенностей организации управления ФСО человека.
- Особенности состояния КРС и НМС учащихся Югры.
Введение к работе
Использование богатейших природных ресурсов Ханты-Мансийского автономного округа занимает в экономике России ведущее место, в частности, в обеспечении топливно-энергетического комплекса страны. Высокие темпы освоения нефтегазовых месторождений при недостаточной реализации природоохранных мероприятий приводят к резкому ухудшению экологической ситуации в округе. Проблема сохранения здоровья на Севере, особенно в местах организации крупных промышленных комплексов с высоким уровнем загрязнения окружающей среды, крайне актуальна. Регионы округа являются типичным примером природной экстремальной зоны. Суровость климата здесь определяется длительной и жесткой зимой с очень низкой температурой, коротким холодным летом, резкими перепадами атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, сильными и частыми ветрами, магнитными возмущениями. Север предъявляет к организму человека значительные требования, вынуждая его использовать дополнительные социальные и биологические средства защиты от неблагоприятного воздействия выше перечисленных факторов. Адаптация в этих условиях достигается путем напряжения и сложной перестройки гомеостатических систем организма.
Особенно остро эти вопросы стоят в связи с усилением миграции большого количества людей для работы на Север из южных областей страны. Попадая в суровые условия, они сталкиваются с рядом непривычных климатогеографических факторов. Напряжение организма приводит к неэкономному расходованию функциональных резервов, быстрому их истощению. Действие экстремальных факторов проявляется для них в значительной нагрузке на жизнеобеспечивающие процессы и психическую сферу. Временная динамика этих изменений достаточно полно прослежена в современной литературе (Слоним, 1969; Разумов, 1999; Агаджанян и др., 2001 и др.). Однако эти данные не имеют систематизированного характера, в них также отсутствует комплексный подход в изучении механизмов
формирования адаптивной реакции целостного организма. Еще в меньшей степени исследованы реакции на экстремальные условия растущего детского организма.
Известно, что проживание и учеба человека на Крайнем Севере обусловлены рядом специфических экологических условий, которые образуют факторы, негативно влияющие на функциональное состояние физиологических систем учащихся. Помимо влияния экофакторов, одной из причин утомления учащихся в учебный период, являются новые педагогические технологии, различные новаторские программы, постоянное увеличение объема информации, введение дополнительных учебных часов. Недостаточное внимание к этой проблеме может проявиться не только в снижении умственной и физической работоспособности, нарушении здоровья, снижения эффективности образовательного и воспитательного процесса, но и привести к серьезным аномалиям детского развития.
Так как освоение Севера РФ, в связи с экономической политикой государства, будет продолжаться, а численность молодого населения будет возрастать, то понятна и актуальность, и новизна этой проблемы. В ее решении немалую роль могут сыграть активно развивающиеся науки: экология человека и биомедицинская кибернетика. Данные научные дисциплины предлагают наиболее современные, объективно оценивающие методики (метод системного анализа и математического моделирования) для массового обследования населения. К тому же реальным результатом этих методов является прогноз состояния функциональных систем организма (ФСО) населения, а также учащихся, проживающих в регионах Севера.
Одной из основных проблем состояния ФСО человека на Севере РФ является ухудшение показателей ВНС, НМС и КРС в разные периоды года. Общеизвестна связь показателей состояния ФСО и психофизиологических параметров. Следовательно, труд и обучение учащихся школ, проходит в аспекте нарушений параметров ФСО. Именно этой стороне проблемы и уделяется особое внимание в настоящей работе.
История изучения функциональных систем организма человека и млекопитающих насчитывает не один десяток лет и это направление, в целом, является приоритетным направлением в общем развитии физиологии и использования методов системного анализа и моделирования в изучении функций организма человека. Особая роль теории ФСО принадлежит в развитии новых подходов к оценке состояния нормы и патологии, использовании методов системного анализа в медицине (А.А. Хадарцев, Н.А. Фудин, В.М. Еськов, 1998-2005).
Авторитет трудов академика П.К. Анохина в области теории ФСО и системогенеза, в настоящее время общепризнан в мировой науке и физиологии в частности. В рамках такого системного подхода становится возможным изучать и анализировать состояние гомеостаза человека, находящегося в различных экологических условиях, в том числе в условиях адаптации. Работами П.К. Анохина и его учеников (К. В. Судаков, Н.А. Фудин, В.Г. Зилов 1969-2004), даны обоснования глобальных механизмов целостной деятельности организма человека путем интеграции частных физиологических механизмов в единую функциональную систему организма, что обеспечивает гомеостаз в норме или направленные адаптационные процессы при резких изменениях экофакторов среды.
В рамках кибернетического системного анализа с позиций теории ФСО становится возможным объединение взаимодействующих частных регулятори ых механизмов, которое направленно на достижение полезного результата деятельности ФСО, в частности, при адаптационных реакциях. При этом кибернетическая трактовка в рамках компартментно-кластерного подхода (ККП) и компартментно-кластерной теории биосистем (ККТБ) динамики поведения ФСО в фазовом пространстве состояний позволяет описывать и норму, и патологию в организме человека. Сейчас данный подход разрабатывается группой ведущих специалистов в области системного анализа биомедицинских систем (В.М. Еськов, А.А. Хадарцев, Н.А. Фудин, О.Е. Филатова, 1994-2005) в рамках теории ФСО. Например, в
рамках такого подхода с помощью моделей в фазовом пространстве состояний параметры состояния нервно-мышечной системы (НМС) и кардио-респираторной системы (КРС) могут быть математически описаны.
Все перечисленные подходы в развитии теории ФСО П.К. Анохина позволяют описывать глобальные механизмы управления ФСО в условиях действия экофакторов среды. Каков механизм взаимодействия КРС и НМС (как представителей базовых ФСО человека), каковы механизмы скоординированных изменений показателей этих ФСО в условиях действия экофакторов Севера РФ — эти вопросы являются весьма актуальными проблемами развития теории ФСО, использования ККП и ККТБ для их описания и прогнозирования.
Отметим, что в рамках системного анализа и ККП становится возможным описание динамики поведения ФСО и гомеостаза в целом в условиях управления со стороны некоторого центрального регулятора, обозначаемого как фазатон мозга (ФМ), что было впервые представлено в работах биофизиков и биокибернетиков на рубеже XX и XXI веков (В.В. Скупченко, В.М. Еськов, 1988-2005 гг.).
Изучение роли ФМ в регуляции КРС и НМС человека, проживающего на Севере РФ, является весьма важной проблемой теории ФСО и биокибернетики. Некоторым аспектам решения указанных проблем и посвящается настоящая работа.
В методическом и экспериментально - клиническом аспекте большой интерес представляет разработка и внедрение новых способов и устройств для изучения интегративных показателей состояния ФСО и ФМ в целом. Выявления донозологических нарушений показателей симпатического и парасимпатического отделов нервной системы организма учащихся в условиях Севера РФ в аспекте изучение влияния экофакторов на показатели ФСО и систем их регуляции, позволяют диагностировать нарушения в организме школьников и их влияние на показатели успеваемости. Методами системного анализа можно разработать новые физиологические методики
для скрининговых обследований учащихся в условиях Севера РФ. Получение объективной информации о показателях СИМ, ПАР, ЧСС и т.д. и их корреляции с показателями неиромоторного и неировегетативного системокомплексов возможно в рамках разрабатываемой теории фазатона мозга (ТФМ).
На основании вышеизложенного целью настоящей работы является изучение в рамках системного анализа эффектов влияния экологических факторов Севера РФ на показатели КРС и НМС организма учащихся школ Югры.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Разработка и внедрение программных продуктов, обеспечивающих мониторирование основных показателей КРС и НМС у учащихся школ Югры.
Системный анализ и моделирование возрастной динамики изменения показателей кардио-респираторной системы учащихся.
Изучение особенностей состояния кардио-респираторной и нервно-мышечной систем учащихся Севера РФ.
Исследование эффектов корреляции функциональной асимметрии полушарий (ФАЛ) с результатами учебной деятельности школьников.
Положения, выносимые на защиту.
Используя разработанные программные продукты в рамках ККП возможно обеспечение массового изучения состояния основных показателей КРС и НМС у учащихся, находящихся в климатических условиях Севера РФ.
Системный анализ и разработанные математические модели возрастной динамики изменения показателей КРС учащихся, проживающих в условиях Югры, обеспечивают обработку и компактное хранение информации и прогнозирование состояния показателей ФСО в динамике изменения возраста обследуемых и сезонных изменений в течение учебного года.
« 3. Сезонные изменения показателей КРС и НМС (с учетом
индивидуальных особенностей) должны учитываться при планировании персональной нагрузки обучаемых в школах Югории.
4. Показатели ФАП не только должны учитываться при выборе дальнейшей профессии, но и при оценке деятельности школы, так как повышенные показатели активности правого полушария, например, не способствуют высоким показателям успеваемости в области естественных и математических наук.
ф>
Характеристики особенностей экофакторов среды, в которых находятся учащиеся Югры (ХМАО) и влияние этих факторов на показатели ФСО.
Исследование влияния факторов окружающей среды на организм человека насчитывает не один десяток лет. Очень важные труды, которые несомненно можно отнести к работам по данной тематике начали, появляется в XIX веке. Это работы Т.Г Гексли «Место человека в природе», Д.П. Марша «Человек и природа», К. Бернара и так далее. В XX веке такими русскими исследователями как И.М. Сеченов, К.Ф. Рулье, КА Северцов, взаимодействие между организмами и окружающей средой рассматривалось с точки зрения сформулированного ими закона "общения, или двойственных начал". Всплеск популярности вокруг этого научного направления начался в шестидесятые и семидесятые года XX века и продолжается по настоящее время. Это обусловлено, взаимоотношениями человека с природой, в основе которых лежат противоположные процессы. Природная среда (ее компоненты и факторы, а главное климат), оказывая влияние на население, формирует в зависимости от специфических свойств занимаемых им территорий различные приспособительные (адаптивные) типы людей; в свою очередь, общество, влияя на природную среду, видоизменяет ее, создавая новые свойства. Уже преобразованная природная среда вновь воздействует на человека, приводя к существенным изменениям в его популяциях, выражающихся как в биологических и социальных приспособлениях, так и в различных формах патологий.
Выдающиеся русские ученые А.Д. Слоним, В,Н. Мовчан, В.А. Матюхин, А.Н. Разумов и другие исследовали влияние экологических факторов на человека в четырех климатических территориях: территории с холодным климатом, с жарким и морским, а также высокогорным [I, 26, 27, 30, 74, 75, 89, 90, 97, 101], На сегодняшний день появилось очень много работ по изучению здоровья населения урбанизированных территорий. В целом ряде этих работ и в частности, в трудах В. А. Матюхина, А.П. Авцына, Н.А. Агаджаняна доказано, что специфика конкретных климатических и экологических условий отражается на физиологическом статусе организма и имеет свои региональные (географические) особенности [1, 2, 90].
Организм человека является открытой системой, которая непрерывно обменивается с окружающей средой различными веществами и энергией. В этом обмене, а также необходимом для жизни в поддержании постоянства внутренней среды, принимают участие многочисленные органы и функциональные системы. Саморегуляция физиологических функций поддерживает жизнедеятельность организма на относительно оптимальном и постоянном уровне. Многими исследователями установлено, что для коррекции деятельности организма в соответствие с требованиями внутренней среды и внешними условиями используются две системы -вегетативная (автономная) нервная система и эндокринная система [1,2, 10, 20, 66, 67, 69, 71, 90, 133]. Первая осуществляет общее регулирование путем сдвигов активности своих отделов (симпатической, парасимпатической и метасимпатической нервной системы). Перечисленные отделы вегетативной нервной системы имеют свои сенсорные компоненты, которые воспринимают различные физические и химические показатели внутренней среды. Существуют и эффекторные органы, предназначенные для коррекции деятельности органов и систем, поддерживающих гомеостаз.
Эндокринная система осуществляет регуляцию деятельности тканей и внутренних органов гуморально, с помощью биологически активных веществ (гормонов), растворенных в жидких средах организма. Эта регуляция осуществляется при тесном взаимодействии с нервной системой. Эти две системы, работая совместно, возбуждают или затормаживают различные физиологические функции, что сводит к минимуму отклонения отдельных параметров внутренней среды, несмотря на существенные колебания условий внешней среды.
Конкретным аппаратом саморегуляции физиологических функций организма человека является функциональная система [7]. Функциональные системы по П.К. Анохину единицы интеграции целостного организма, все составные части которых, формируются динамически в зависимости от данной ситуации и способствуют достижению системой полезных для организма приспособительных результатов. Все функциональные системы работают по принципу обратных связей (афферентный синтез) и представляют собой функционирующий комплекс центральных и периферических образований. Несомненно, все функциональные системы организма образуют единое целое, ФСО человека [7, 28]. Однако функциональные системы имеют одну и ту же принципиальную физиологическую архитектуру. Их различие состоит в технике определения. Функциональная система со стабильным жизненно важным конечным эффектом в качестве аппарата сличения использует наследственно заданные свойства соответствующих клеток, что и определяет характер подбора промежуточных действий. Рецептором конечного эффекта регулирования постоянства функциональной системы, например осмотического давления клетки, являются клетки гипоталамуса. Они служат аппаратом "сопоставления получившегося с заданным", который определяет собой успех подбора необходимых приспособительных действий, В эпизодически складывающихся функциональных системах поведенческого типа, аппарат сопоставления (акцептор действия) складывается экстренно и каждый раз заново на основе афферентного синтеза всех имеющихся в данный момент внутренних и внешних воздействий на организм [7].
Афферентный синтез является наиболее обширным и сложным механизмом функциональной системы. По мнению П. Анохина, А. Шумилина и К. Судакова афферентный синтез осуществляется на основе четырех важнейших компонентов, имеющих весьма разнородные возбуждения. Взаимодействие этих возбуждений и последующего принятия "решения" осуществляется тремя нейродинамическими факторами: ориентировочно-исследовательская реакция, конвергенция возбуждений на нейроне и корково-подкорковая реверберация возбуждений. Данные механизмы способствуют объединению всех разнородных возбуждений, сопоставлению и вынесению "решения" об осуществлении определенного поведенческого акта, наиболее подходящего в данной ситуации. К.В. Судаковым были предложены принципы организации функциональных систем разных уровней организации [131]. В более широком смысле К.В. Судаков предложил глобальную иерархическую систему организации функциональных систем , в которой примитивные и систем (по К.В. Судакову, 1981). простейшие живые существа голографически (по принципам суперпозиции) участвуют в построении более высоких эволюционных уровней с верхним иерархом - человеком (но возможно этот уровень и не последний). В этих схемах чрезвычайно важно подчеркнуть принципы иерархичности и голографии, по которым происходит организация всех таких функциональных систем.
Особенности регистрации некоторых показателей кардиореспираторной ФСО (КРС) по данным пульсоинтервалографии,
Организм человека или любой другой живой организм представляет собой совокупность морфо-функциональных систем, объединяющихся по принципам иерархии, взаимного регулирования и последовательного взаимодействия. При этом, оптимальное достижение того или иного результата и обеспечение жизнедеятельности организма определяется каждой морфо-функциональной системой. Как подчеркивал П.К. Анохин [7], иерархия морфо-функциональных систем организма, существует как внутри организма, так и при его взаимодействии с окружающей средой, результат деятельности одной (более низкого уровня, но не значения) входит в качестве необходимого компонента в результат деятельности другой. Влияние внешних факторов окружающей среды во многом определяет функциональные резервы организма человека и его способность адаптироваться к неблагоприятным условиям среды. Состояние адаптивных изменений функционирования организма носит неспецифический характер и связан с формированием устойчивой системы снабжения организма энергетическими субстратами и кислородом, для поддержания основных гомеостатических показателей [2].
При воздействии экстремальных экологических факторов на организм, возникает общий адаптационный синдром (Г. Селье, 1936 г.), который рассматривается как неспецифический ответ организма и сопровождается напряжением регуляторных систем, направленных на мобилизацию функциональных резервов. В тех случаях, когда условия окружающей среды требуют от организма повышенных усилий, «диагностируют» функциональное напряжение. Первые исследования состояния функционального напряжения (так называемое донозологическое, пограничное между нормой и патологией) было осуществлено в космической медицине [11]. Для оценки состояния здоровья космонавтов P.M. Баевским была создана классификация функциональных состояний, включающая ступеней - баллов .
Учеными В.В Париным, P.M. Баевским была выдвинута концепция о системе кровообращения как индикаторе адаптационных реакций целостного организма. Система кровообращения, наряду с нейроэндокринной системой играет существенную роль в процессах адаптации. Это связано, прежде всего, с ее функцией транспорта питательных веществ и кислорода, основных источников энергии [11]. Как считает Меерсон [93], пусковым сигналом, запускающим всю цепь регуляторных приспособлений, является дефицит энергетического обеспечения клеток и тканей.
Безусловно, в обеспечении организма кислородом в экстремальных условиях принимают участие важнейшие функциональные системы организма, например, КРС, мобилизация которой способствует не только поступлению кислорода к жизненно важным органам и тканям, но и лучшей его утилизации из крови и выделению из организма избытка углекислоты. Исследованиями Н.А. Агаджаняна, Г.М. Коноваловой, М.В. Лазько и т. д. установлено влияние факторов внешней среды, психоэмоциональных и физических нагрузок, на функционирование сердечно-сосудистой и дыхательных систем организма. Поэтому кардио-респираторная система является универсальным индикатором функциональных резервов и компенсаторно-приспособительных функций организма, обеспечивающая энергетические потребности [2, 19, 22, 28, 29, 84]. Так в исследованиях Парина, Баевского, Газенко было установлено, что большие дозы ионизирующего облучения вызывают у человека значительное учащение сердцебиений в течение многих дней.
Особую роль в жизнедеятельности организма играют интегрирующие морфо-функциональные системы, главным полезным результатом деятельности которых, является организация совместного функционирования других систем путем создания прямых и обратных связей с целью обеспечения оптимального отправления жизненных функций. К таким системам относится, в частности, гипоталамо-адреналовая система [4, 6, 10]. Регуляция деятельности сердца производится нервной системой и путем изменения концентрации гормонов в крови за счет саморегуляции сердца. Выделения гормона регулируется сложным нейрогуморальным путем, т. е. изменение содержания тех или иных веществ в крови и тканях улавливаются нервными клетками в гипоталамусе. Они влияют на деятельность внутренних желез непосредственно, посылая к ним нервные импульсы, или выделяют специальные вещества, способствующие образованию гормонов.
Например, при физических нагрузках происходит повышение концентрации отдельных веществ в организме и повышение вырабатываемых гормонов, что приводит к повышению частоты сердечных сокращений и артериального давления.
Все процессы, протекающие в различных органах и системах организма человека, с точки зрения современного биоритмологического процесса, не являются строго определенными по времени [25]. Но некоторый набор динамических параметров таких процессов в определенной последовательности в различных временных интервалах и представляет собой устойчивую динамическую организационную структуру. Волновые структуры ритма сердца и мозга определяют параметры данной организационной структуры. Динамические параметры ритмов сердца и мозга тесно связаны с состоянием всех органов и систем, особенно с состоянием сердечно-сосудистой системы и процессом кровообращения в организме человека. Изменения в различных органах и системах организма человека неизбежно вызывают изменения в ритмической активности головного мозга, которые через управляющие сигналы центральной нервной системы вызывают изменения в ритмической активности сердца и других органов [4].
Волновая структура сердечного ритма представляет собой результат деятельности систем управления в ответ на воздействие на организм как эндогенных, так и внешних воздействующих факторов на всех уровнях - от клеточного до организменного. Увеличение амплитуды колебания сердечного ритма означает, что выросли информационно-энергетические затраты на управление соответствующими функциональными системами. Как утверждают СВ. Булатецкий, Ю.Ю. Бяловский [17], динамические параметры ритма сердца характеризуют иерархическую структуру управления различными органами и системами в организме человека. В такой структуре более высокие уровни управления являются ингибиторами активности более низких уровней. Чем больше период колебаний сердца, тем выше уровень управления. Следовательно, реакция в ответ на воздействие различной силы проявляется в увеличении амплитуды того или иного волнового спектра ритма сердца.
Деятельность сердца в каждый момент времени соответствует изменениям внешней среды, окружающей организм, и колебаниям внутренней среды. Установлено, что на протяжении суток функциональное состояние системы кровообращения изменяется, частота сердечных сокращений, артериальное давление, объем плазмы, минутный объем сердца имеют 24-часовой ритм [83]. По данным Ф. И. Комарова и его соавторов [76], все выше перечисленные параметры достигают наибольших величин в вечернее время, минимальны в 3 часа, а затем несколько повышаются к 7 ч. Это соответствие деятельности сердца условиям существования организма обеспечивается рефлекторной регуляцией.
Фазатонная теория мозга в объяснении особенностей организации управления ФСО человека.
Представленная в предыдущем параграфе 1.2. КРС может описывать состояние механизмов управления одной из ведущих ФСО. В целом, все ФСО управляются фазатоном мозга, понятие которого было введено на рубеже ХХ-го и Х1-го веков. Рассмотрим эту проблему более подробно.
Последние десятилетия XX века ознаменовались определенными достижениями в области клинических, медицинско-кибернетических, биофизических и нейробиологических дисциплин. Предпосылкой для данных достижений явилась гипотеза самарских профессоров Л.Н. Нестерова и В.В. Скупченко о существовании некоторого всеобщего центрального регулятора всех жизненно важных функций организма. Этот центральный регулятор в работах школы нейрохирурга профессора В.В. Скупченко получил условное название фазатон мозга (ФМ). Именно ФМ с помощью центральной нервной системой (наивысший иерарх управления всеми ФСО), обеспечивает общесистемную пространственно-временную сопряженность и гармоничность всех процессов катаболизма и анаболизма, объединяемых понятием нервной трофики [36, 43, 55, 126].
В связи с этим В.В. Скупченко рассматривает фазатон мозга (модульная структурно-функциональная единица соматовегетативного регулирования), как мощный и наиболее общий саногенный фактор, обеспечивающий гармоничное сочетание и непрерывную динамику энергетических и метаболических процессов. То есть, фазатон мозга, фактически, обеспечивает гомеостаз организма, поддержание основных параметров в определенных жизненно-необходимых пределах, несмотря на изменение внешних условий среды или появление каких - либо непредсказуемых изменений в системе регуляции этих жизненных функций. В. В. Скупченко была предложена фазатонная нейродинамическая теория моторно-вегетативной регуляции [126]. Напомним, что именно русский физиолог И.М.Сеченов впервые связал двигательные функции с функциями высших отделов центральной нервной системы. Он подчеркивал, что "нервная система представляет собрание разнообразных регуляторов деятельности" [142]. Структуры, обеспечивающие нервную регуляцию позы и движения, расположены на различных уровнях ЦНС: от коры полушарий головного мозга до структур спинного мозга. В этой сложной многоуровневой системе можно выделить спинальныи, подкорково-стволово-мозжечковый и корковый уровень регуляции моторики, в каждом из которых имеются образования, ответственные преимущественно за тонические и фазические механизмы регуляции движений.
Факт наличия относительно быстрых и медленных двигательных реакций был отмечен еще в середине XIX века английским неврологом Джексоном, который назвал эти реакции клоническими и тоническими иннервациями. Но впервые четко сформулированное предположение о возможности наличия фазической и тонической регуляторных систем было сделано Чарльзом Шеррингтоном [126]. Таким образом, предположения Ч. Шеррингтона позволили впоследствии нейрофизиологам [34, 35, 55] создать модель структурно-функциональной организации мозга и современную фазатонную теорию.
В соответствие с фазатонной теорией [42, 48, 126] вегетативное и нейромоторное регулирование имеет ряд принципиально общих системных структурно-функциональных признаков. Существует тесная связь между тонической моторной системой и парасимпатическим отделом вегетативной системы с задействованием холинергического нейротрансмиттерного механизма, а также между фазической моторной системой и симпатическим отделом вегетативной системы с задействованием катехоламинергического нейротрансмиттерного механизма. Каждая пара имеет ряд общих структур мозга и влияет на двигательную сферу и внутренние органы, т.е. на весь организм. В связи с этим, В.В. Скупченко была предложена фазатонная нейродинамическая теория моторно-вегетативного регулирования, согласно которой моторное и вегетативное регулирование имеют ряд общих структурно-функциональных признаков, попарно объединяющих тоническую моторную и парасимпатическую вегетативную нервные системы в тонический моторно-вегетативный системокомплекс (ТМВС), а фазическую моторную и симпатическую вегетативную - в фазический системокомплекс (ФМВС). У каждого МВС свои задачи: обеспечить самовосстановление у ТМВС, выживание во внешней среде - у ФМВС. Каждый МВС при активации стимулирует подчинённые ему функции, что при гиперактивации вызывает соответствующий дисбаланс. Согласно фазатонной теории в физиологических условиях происходит непрерывное нейродинамическое балансирование ТМФС-ВМФС - системокомплексов, и является важнейшим саногенным фактором, условием обеспечения системной моторно-вегетативной интеграции и, соответственно, адаптивного моторно-вегетативного реагирования, то есть поддержания фазатонного моторного-вегетативного гомеостаза.
В связи с этим можно считать ФМ командным аппаратом, посредством которого мозг руководит организмом, сам же фазатон состоит из двух системокомплексов, имеющих противоположные функциональные значения. Согласно такой фазатонной модели нарушение сбалансированности ФМВ- и ТМВ- системокомплексов может быть причиной возникновения не только двигательных, но и вегетативных нарушений, проявляющихся в виде болезней дезадаптации [126, 142].
Таким образом, строение нашего тела, поведение, реакции и заболевания очень часто определены базовым статусом фазатона: фазатонным равновесием, фазическим или тоническим дисбалансом. Однако, вне зависимости от последнего, любой организм можно перевести в какой-либо дисбаланс или вывести из него, постоянно воздействуя на регуляционные процессы. Следовательно, подход, разработанный Самарской школой профессора, доктора медицинских наук В.В. Скупченко, позволяет сделать общий вывод о единой направленности регуляторных функций фазатонного механизма в управлении ФСО человека. Причем коррекция фазатонного дисбаланса обеспечивает нозологически неспецифический универсальный регуляторный, лечебный эффект от действия различных внешних управляющих воздействий [38, 144].
Влияние фазатона мозга на различные психические, психомоторные, неврологические функции организма человека, как в норме, так и при развитии патологического процесса изучается в различных лабораториях и клиниках нашей страны. Здесь и получено немало медико-биологических примеров [142,157].
В последние годы в арсенале неврологических, психиатрических и других клиник существует достаточно много физиотерапевтических (лазеротерапия, действие токов и электромагнитных полей) и медикаментозных методов (препарат "Юмекс") для коррекции фазатонного дисбаланса. Но помимо представленных, также актуален и интересен метод электролитной коррекции, разработанный А. С. Самохоцким, коррекцией уровня электролитов (кальция, калия, натрия, магния) в кровяном русле [126].
Особенности состояния КРС и НМС учащихся Югры.
Функциональное состояние организма особенно под воздействием влияния экологических факторов среды в последние годы является предметом изучения специалистов различных профилей. Нейрофизиологи, биологи и кибернетики, а также научные работники и представители различных других наук в различных аспектах изучают ФСО человека разных возрастов, разрабатывают новые методы исследования показателей вегетативной нервной системы.
Организм человека является сложной системой с множеством уровней организации и управления. Слаженная работа различных функциональных систем организма, оптимальное управление со стороны ЦНС всеми этими ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно необходимых пределах. Это происходит, несмотря на изменение условий внешней среды или появление каких-либо непредсказуемых изменений в системе регуляции этих жизненных функций. Центральным регулятором ФСО является некоторая система на базе ЦНС, обеспечивающая интегрированное управление, условно называемая фазатоном мозга (ФМ). Данный регулятор объединяет в рамках общей системы управления нейромоторный, нейротрансмиттерный и вегетативный системокомплексы. Работа этих комплексов, как показывают наши исследования, взаимосвязана и коррелирует с общим состоянием всех функций организма. Таким образом, дисбаланс нейромоторных систем (фазическоЙ и тонической), а также нейромедиаторных (катехоламинергической и холинергической) систем приводит не только к снижению работоспособности, но и к вегетативным дисфункциям (в наших исследованиях - это изменения в соотношениях между показателями СИМ и ПАР).
Нами установлено, что надёжность центрального регулятора ФМ объясняется реализацией принципа компартментно-кластерной организации (ПККО) структур мозга. Именно благодаря ПККО нейросетей мозга и обеспечиваются приспособительные и восстановительные функции нервной системы. Для нас это значит, что всегда существуют нейронные пулы (компартменты), которые объединяют может быть даже различные (различия могут быть не только по морфологическому признаку, но и по структуре организации, свойствам, реакциям на внешние воздействия) нейроны для выполнения единых функций. Тогда морфологически сходные нейроны могут выполнять разные функции, а морфологически разные нейроны могут входить в один общий нейронный пул (компартмент), который выполняет одну определенную функцию. Такая же организация существует и в системах управления ФСО со стороны ФМ.
Наиболее результативным универсальным индикатором функционального состояния организма и компенсаторно-приспособительных функций, обеспечивающих энергетические потребности, является кардио-респираторная и нервно-мышечная системы. Особые задачи стоят в исследовании показателей сердечно-сосудистой системы, под воздействием климатических факторов. Поскольку известно, что универсальным индикатором компенсаторно-приспособительной деятельности организма являются функциональные показатели КРС, по которым можно прогнозировать общее функциональное состояние организма. В частности, средняя частота спектра, которая получается путем анализа колебательной структуры вариабельности сердечного ритма (ВСР), является достоверным индикатором доминирующей регуляции (симпатической или парасимпатической) ВНС.
Также рядом ученых [47,53] выявлено явление зависимости успеваемости школьников от состояния функциональных систем организма (ФСО), и в частности, от состояния регуляторных систем ритма сердца. В целом ряде работ показано, что при снижении успеваемости у школьников тонус вагуса увеличивается, растет влияние парасимпатической вегетативной нервной системы (ПВНС). Такая ситуация может быть обусловлена неадекватными умственными нагрузками, что приводит к усилению холинергической нейротрансмиттерной системы и сдвигу тонического состояния центрального регулятора— фазатона мозга (ФМ) [53].
В ряде работ [37-43] показана роль и влияние исходного вегетативного тонуса школьников в начале второго полугодия на конечный результат обучения в виде уровня образованности. При этом следует отметить, что эрготропная направленность вегетативного тонуса обуславливает (приводит) к среднему уровню напряжения адаптации, что благотворно сказывается на результатах обучения.
В целом, оценки уровня физиологической зрелости функциональных систем организма школьников, объективный анализ показателей колебательной структуры ВСР на базе спектрального анализа, ряд других объективных показателей функционального состояния организма учащихся, может гарантировать реальную объективную оценку возможности обучаемого. Особенно такой подход может быть продуктивным в условиях Северного региона РФ, когда на обычной учебный процесс накладывается прессинг экологических факторов севера, которые могут усугубить тонический (парасимпатический) компонент состояния ВНС и всех регуляторных функций организма в целом. Совпадение неблагоприятных факторов среды с усилением уровня напряжения адаптации может привести к крайне нежелательным негативным последствиям организма школьника. К неблагоприятным экологическим факторам, отрицательно влияющим на нервно - мышечную систему развивающегося организма школьников Югории относится хроническая гипокинезия.
Безусловно, что недостаток двигательной активности в предпубертатный, пубертатный и постпубертатный периоды жизни учащегося могут существенно осложнять весь процесс созревания различных ФСО и НМС в частности. Однако и многие факторы среды тоже дают о себе знать. Это и изменения электризации тела в зимний период в сухих помещениях (относительная влажность зимой в школах не превышает 20%), недостаток аэроионов, низкая освещенность тела (не только ультрафиолетом, но и инфракрасными лучами), ряд других экофакторов усложняет процесс развития ФСО и НМС в частности.
Однако главным фактором остается гипокинезия в условиях длительного пребывания в закрытых помещениях. Именно этот фактор проявляется в ряде компенсаторных реакций НМС на уровне кардио - респираторной системы (КРС). Действительно, как показали наши исследования, любая значительная физическая нагрузка вызывает у средне — статистического учащегося школ Югры реакцию, которая существенно отличается от такой же у ученика средней полосы РФ.
В наших исследованиях изучались показатели ФСО у учащихся гимназии №4 г. Сургут без жалоб на состояние здоровья. Исследование учащихся производилось методом вариационной пульсометрии с определением ряда показателей функционального состояния ВНС. Основным критерием в вариационной пульсометрии являлся показатель колебаний длительности межпульсовых интервалов (КИ) по отношению к среднему уровню.
Отметим, что изучались четыре группы данных по обследованию пяти показателей ФСО. В частности, это группа тендерных различий (отдельно девочки и мальчики) и при этом мы проводили обследования этих двух групп в два сезона года: в зимний период (январь - февраль) 2004-2005 учебного года и в осенний период (сентябрь - октябрь) 2004-2005 учебного года. Это разбиение по сезонам составило два кластера обследований (зимний и осенний).
