Предпосылки поиска вегетативных маркеров стресса

Введение

 

Практическая актуальность работы определяется высокой социальной значимостью исследований, направленных на развитие знаний о динамике адаптационных и дезадаптационных процессов человека в условиях естественной деятельности. Медико-биологические исследования указывают на то, что большинство заболеваний человека связано с чрезмерными нагрузками разного характера. Актуально развитие психофизиологических методов раннего обнаружения опасных состояний для предотвращения рисков нарушения здоровья и вероятности принятия ошибочных решений людьми в сложных, экстремальных условиях. Особое значение приобретает проблема поиска психофизиологических маркеров экстремальных состояний человека с учетом разнообразия естественных нагрузок.

Работа посвящена проблеме системной организации психофизиологических процессов при различных оптимальных и экстремальных нагрузках (когнитивных, эмоциональных и физических). Одним из наиболее распространенных экстремальных для организма режимов является стресс. Согласно трехкомпонентной теории экстремальных состояний, стресс – это неспецифическая защитная системная редуцированная реакция организма на повреждение или угрозу повреждения [296; 280]. То есть стресс является принципиально не адаптационным, а дезадаптационным процессом. Фактором запуска стресса (как дезадаптационного процесса) является сигнал о чрезмерном рассогласовании двух образов: текущего и необходимого (или предсказываемого) [285]. Тогда, в соответствии с теорией функциональных систем (ФС) П.К. Анохина [232], можно предполагать, что возникновение чрезмерного рассогласования в любом из модулей действующей ФС приводит к стресс-активации, реализующей защитный механизм. Эта активация включает объединение вполне определенных физиологических (нейрохимических, иммунных, вегетативных и пр.) процессов с целью устранения повреждения или его угрозы [296, 280, 287] и возникает только при отсутствии в структуре индивидуального опыта специализированной программы устранения сигнала о чрезмерном рассогласовании в конкретных условиях. Тогда, экстремальность нагрузки определяется соотношением интенсивности внешнего воздействия с собственными ресурсами и индивидуальным опытом индивида. Поэтому одна и та же нагрузка может являться оптимальной (внутри границ диапазона адаптации) или экстремальной (выходящей за границы диапазона адаптации) для разных людей.

Тогда стресс-факторы, экзогенные или эндогенные стимулы, которые проявляются в функциональной системе как сигнал о чрезмерном рассогласовании, можно разделить в зависимости от блока функциональной системы, в котором возникает чрезмерное рассогласование.

Согласно современным представлениям, вегетативная регуляция кардиоритма отражает уровень адаптационных ресурсов организма, так как ритм сердца является интегративным отображением динамики его энергообеспечения [279; 237]. Одним из самых распространенных и общепринятых методов анализа процесса вегетативного обеспечения деятельности (термин А.М. Вейна, 2003) является оценка вариабельности сердечного ритма (ВСР). Пятидесятилетний опыт изучения ВСР как совокупности характеристик режима вегетативной регуляции демонстрирует чувствительность ВСР к разнообразным изменениям субъективного состояния человека, что согласуется с изначальной идеей Клода Бернара о нейрокардиальных связях [247].

В исследованиях показано, что эмоции, когнитивные процессы и физическая активность жестко связаны с динамикой вегетативной регуляции кардиоритма посредствам общей нейрофизиологической основы. Данный факт подтверждается в первую очередь результатами работ по определению структуры связей между параметрами ВСР и активностью различных нейрональных структур (префронтальная кора, орбитофронтальная кора, поясная извилина, островок, амигдала, гиппокамп, ядра таламуса, ядра гипоталамуса) методами нейровизуализации (fMRI, ПЭТ) [53; 217; 90; 80; 15; 133; 102; 113; 2; 169], а также целенаправленными исследованиями изменения ВСР в контекстах когнитивной, эмоциональной, физической и интегральной нагрузок [185; 186]. Современные исследования предоставляют обширную базу данных по ВСР для разных групп испытуемых в клинических и лабораторных контекстах: больные депрессивными расстройствами, постинсультные больные, страдающие диабетом и др. [85; 49; 127]. Активно исследуются вегетативные корреляты утомления, перенапряжения и разных «видов» стресса: экзаменационного, рабочего и др. [39; 136; 41; 42]. Интеграция имеющихся данных приводит к выводу, что параметры динамики вегетативной регуляции кардиоритма чувствительны к изменениям в эмоциональной, когнитивной и физической активности и информативны для исследования адаптационных и дезадаптационных процессов.

До сих пор в исследовательской практике адаптационные и дезадаптационные процессы человека (в том числе стресс) оцениваются в лабораторном контексте по срезам в покое [125] при обязательном жёстком контроле положения обследуемого (сидя, лёжа) в отсутствии внешних раздражающих стимулов [236]. Однако такой подход сильно сужает область применения методов, так как режимы работы организма человека связаны с целевой функцией и изменяются в широком диапазоне в соответствии с динамикой значимого контекста [279; 233]. Измерения режимов вегетативной регуляции в условиях дозированных лабораторных нагрузок не всегда согласуются с принципом экологической валидности и не позволяют предсказывать особенности вегетативного обеспечения активности человека в условиях разнообразной естественной деятельности [241, 203, 229, 241, 127, 224].

В настоящее время отсутствуют нормативные диапазоны параметров относительно разделения процессов адаптации и дезадаптации, что объясняется также наличием индивидуальных показателей оптимума конкретного организма, которые не всегда совпадают со среднестатистическими результатами, поскольку однотипные адаптационные процессы протекают по-разному в соответствии с условиями, в которых находится человек, и в зависимости от его индивидуальных функциональных резервов. Это актуализирует использование в исследовательской практике не только абсолютных значений параметров, но и их соотношения и направленности изменений.

Развитие методов математической обработки кардиоинтервалограмм закономерно привело к обнаружению большого количества показателей (статистических, геометрических, частотных), которые, с одной стороны, тесно коррелируют друг с другом, делая весь набор избыточным, а с другой - пригодны для интерпретации и оценки кардиосигнала только в стационарных условиях [240]. Важно, что использовавшиеся до настоящего времени методы обработки ритмограмм обладают низким разрешением по времени и не могут быть применены для поиска вегетативных отображений быстрых, краткосрочных когнитивных и эмоциональных процессов.

Влияние активности нейрохимических стресс-активирующих систем: симпатоадреналовой (САС), гипоталамо-гипофизарно-адреналовой (ГГАС), эндогенной опиоидной (ЭОС) на вегетативную регуляцию сердечного ритма исследовалось независимо друг от друга. Множество работ посвящено влиянию САС и ГГАС на динамику показателей вариабельности сердечного ритма [264; 272; 44]. Однако до сих пор остается открытым вопрос о природе истощения регуляторных ресурсов при стрессе. Есть определенные основания связывать это явление с эндогенной опиоидной системой, как наименее изученным компонентом стресс-активирующих систем [265, 272, 44]. Исследования участия ЭОС в регуляторных процессах, как правило, проводятся на животных с использованием агонистов и антагонистов опиатных рецепторов. Учитывая, что длительное употребление опиатных наркотиков приводит к разрушению рецепторного аппарата ЭОС, то сравнение зависимых от опиатных наркотиков больных с контрольной выборкой здоровых испытуемых может являться одной из экспериментальных моделей в этом направлении, которая позволила бы выделить особенности адаптационных и дезадаптационных процессов при когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках, связанные с активностью ЭОС.

Несмотря на то, что знания по определению признаков последовательной смены доминирования и совместного влияния этих систем на динамику вегетативной регуляции чрезвычайно ограничены, имеющиеся данные позволяют прогнозировать наиболее вероятное вегетативное отображение дезадаптационных процессов.

В связи с перечисленным выше, актуально развитие инструментальных методов регистрации психофизиологических характеристик, обеспечивающих персонифицированный мониторинг и дистанционную диагностику без ограничений по продолжительности записи, по расстоянию до источника сигнала и подвижности; развитие нелинейных методов математической обработки нестационарных сигналов, соответствующих по временному разрешению динамике контекста естественной деятельности в многообразной стимульной среде; исследование вегетативных отображений адаптационных и дезадаптационных процессов в условиях естественной деятельности и роли эндогенной опиоидной системы в управлении режимами вегетативной регуляции.

Цель и задачи исследования

Выявление закономерностей адаптационных и дезадаптационных процессов при когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках.

Объект исследования

Люди в контекстах когнитивных, эмоциональных и физических нагрузок разного уровня.

Предмет исследования

Особенности вегетативных отображений адаптационных и дезадаптационных процессов при оптимальных и экстремальных когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках.

Теоретическая гипотеза

Адаптационные и дезадаптационные процессы при когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках имеют следующие вегетативные отображения: вегетативное отображение адаптационных процессов характеризуется многообразием динамических режимов кардиоритма, связанных со спецификой нагрузки; вегетативное отображение дезадаптационных процессов при экстремальных нагрузках характеризуется специфическим редуцированным режимом вегетативной регуляции, который инвариантен по отношению к природе нагрузки, индивидуальным и ситуативным особенностям.

Экспериментальная гипотеза

Динамика вегетативной регуляции сердечного ритма человека при оптимальных нагрузках отображается в многообразии изменений спектральных показателей вариабельности сердечного ритма, тогда как при экстремальных нагрузках отображается в специфической структуре динамики спектральных показателей вариабельности сердечного ритма, которая не зависит от типа нагрузки и является психофизиологическим маркером острого стресса.

Задачи исследования

Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:

1.    1.    Разработать комплекс инструментальных методов, обеспечивающих согласованное измерение экзогенного и эндогенного контекстов при когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках.

2.    Выявить связь между динамикой вегетативной регуляции кардиоритма и динамикой эмоциональной дезадаптации в процессе суточного мониторирования.

3.    Выявить закономерности динамики вегетативной регуляции кардиоритма в контексте когнитивных нагрузок разного уровня.

4.    Выявить закономерности динамики вегетативной регуляции кардиоритма в контексте физических нагрузок разного уровня.

5.    Сравнить вегетативные отображения адаптационных и дезадаптационных процессов при когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках разного уровня.

6.    Выявить в динамике вегетативной регуляции кардиоритма структуру, специфичную для экстремальных нагрузок.

7.    Выявить особенности динамики вегетативной регуляции кардиоритма в группе наркозависимых.

Теоретико-методологические основы исследования

Теоретико-методологической основой исследования являются теория функциональных систем (П.К. Анохин), концепция интеграции экзогенных и эндогенных факторов в осознании сенсорных сигналов (С.А. Полевая) и трёхкомпонентная теория экстремальных состояний (С.Б. Парин).

Научная новизна

Впервые предложен и апробирован инструментальный метод регистрации и анализа вегетативных отображений быстрых изменений субъективного состояния в контексте автономного поведения без ограничений по расстоянию и подвижности.

Впервые выявлена связь между циркадными ритмами уровня эмоциональной дезадаптации и вегетативной регуляции. Показано, что устойчивость эмоционального состояния человека в течение суток поддерживается динамическими перестройками режима вегетативной регуляции кардиоритма.

Впервые показана связь между уровнем информационной неопределенности и динамикой сердечного ритма: в контексте информационной неопределенности возрастает уровень дезорганизации сердечного ритма.

Впервые обнаружена и описана специфика вегетативного обеспечения интенсивных физических нагрузок в отличие от эктремальных нагрузок. При экстремальных физических нагрузках наблюдается согласованное по времени снижение общей мощности спектра вариабельности сердечного ритма и возрастание индекса вегетативного баланса, при интенсивных физических нагрузках наблюдается согласованное снижение общей мощности спектра вариабельности сердечного ритма и индекса вегетативного баланса.

Впервые выявлены отличия вегетативного отображения адаптационных и дезадаптационных процессов. Вегетативное отображение адаптационных процессов характеризуется многообразием динамических режимов кардиоритма, связанных со спецификой нагрузки. Вегетативное отображение дезадаптационных процессов при экстремальных нагрузках характеризуется специфическим редуцированным режимом вегетативной регуляции (снижением общей мощности спектра вариабельности сердечного ритма, согласованным по времени с возрастанием индекса вегетативного баланса), который инвариантен по отношению к природе нагрузки (воспроизводится при экстремальных когнитивных, эмоциональных и физических нагрузках), индивидуальным и ситуативным особенностям.

Впервые дано экспериментальное и теоретическое обоснование роли эндогенной опиоидной системы в регуляции вегетативного обеспечения когнитивных функций. В контексте когнитивной нагрузки нарушение эндогенной опиоидной системы ведет к снижению адаптивности режима вегетативной регуляции при смене целевой функции.

Научно-практическая значимость

Полученные данные вносят существенный вклад в дальнейшее развитие трёхкомпонентной теории экстремальных состояний.

В работе представлены новые психофизиологические технологии, созданные на основе интеграции классических психофизиологических методов с методами телеметрии и нелинейной динамики. Эффективность предложенного измерительного комплекса обоснована данными персонифицированного мониторинга и дистанционной диагностики функционального состояния спортсменов, водителей общественного транспорта, инженеров-программистов, учащихся школ и высших учебных заведений в условиях профессиональной деятельности. Разработанные методы персонифицированного мониторинга кардиоритма защищены патентами РФ (№ 129680, №129681), которые могут быть внедрены в клиническую практику для контроля состояния больных и диагностики кардионарушений, а также в гигиеническую практику мониторинга функционального состояния в процессе трудовой деятельности.

В работе продемонстрирована информативность параметров очень высокочастотного диапазона спектра вариабельности сердечного ритма относительно дифференциальной диагностики функциональных состояний (распознавания стресса и наркозависимости).

Материалы диссертационной работы внедрены в информационно-методическом письме с рекомендациями о применении телеметрических систем измерения кардиоритма для диагностики стресса на рабочем месте, утвержденном на заседании ученого совета Нижегородского научно-исследовательского института гигиены и профпатологии.

Полученные результаты призваны помочь в дистанционной диагностике функционального состояния человека, а именно в точной идентификации острого стресса.

Положения, выносимые на защиту:

Анализ персонифицированной и среднестатистической динамики вегетативной регуляции в естественных контекстах деятельности позволил установить, что:

1. Отсутствие эмоциональной дезадаптации в течение суток поддерживается динамическими перестройками режима вегетативной регуляции. Адаптационные процессы при оптимальных когнитивных нагрузках отображаются в динамических изменениях режима вегетативной регуляции кардиоритма при смене целевой функции. Таким образом, адаптационные процессы характеризуются динамическим многообразием режимов вегетативной регуляции кардиоритма, которые специализированы к характеру нагрузки.

2. Вегетативное отображение дезадаптационных процессов включает снижение общей мощности спектра вариабельности сердечного ритма, согласованное по времени с возрастанием индекса вегетативного баланса, и характеризуется свойствами неспецифичности относительно природы экстремальной нагрузки и редуцированности, что соответствует характеристикам и динамике процесса стресс-активации.

3. Уровень неопределенности информационных образов отображается в уровне дезорганизации сердечного ритма. Параметры вариабельности сердечного ритма, согласованные по временному масштабу с динамикой когнитивной активности (RR-дифференциал, параметры очень высокочастотного диапазона спектра вариабельности сердечного ритма), информативны для исследования вегетативных отображений быстрых когнитивных процессов.

4. Технология регистрации кардиоритма на основе беспроводных сенсорных сетей обеспечивает реализацию принципа экологической валидности в исследовании быстрых изменений субъективного состояния в контексте автономного поведения без ограничений по расстоянию и подвижности.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы были представлены на заседании секции «Психофизиологии» Российского Психологического Общества (Москва, 6 ноября 2013); на XVI Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2012); Всероссийской конференции с международным участием «Функциональная межполушарная асимметрия и пластичность мозга» (Москва, 2012); 4-ом съезде биофизиков России (Нижний Новгород, 2012); 16-м Всемирном конгрессе по психофизиологии (Италия, Пиза, 2012); 3-й Всероссийской научной школе для молодёжи «Нейробиология и новые подходы к искусственному интеллекту и к науке о мозге» (Таганрог, 2012); 12-ой Международной Зимней Психологической школе молодых учёных факультета психологии Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург, 2012); 19-ой Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2012» (Москва, 2012); Всероссийской научной конференции «Экспериментальный метод в структуре психологического знания» (Москва, 2012); Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Спортивная медицина. Здоровье и физическая культура. Сочи-2012» в рамках конгресса «Медицина Спорта» (Сочи, 2012); 11-й Международной научно-практической конференции «Оптимизация учебно-тренировочного процесса» (Нижний Новгород, 2012); Международном симпозиуме «Актуальные вопросы физической реабилитации в спорте высших достижений» (Ереван, 2012); Международной научно-практической конференции по проблемам физической культуры и спорта государств – участников Содружества Независимых Стран (Минск, 2012); 15-й Всероссийской научно-технической конференции «Нейроинформатика – 2013» (Москва, 2013); 3-й Всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2013» (Нижний Новгород, 2013); 16-й Всероссийской научно-технической конференции «Нейроинформатика – 2014» (Москва, 2014).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ, из которых 6 в рецензируемых отечественных журналах перечня ВАК РФ, два патента на полезную модель.

Структура диссертации

Диссертация (139 стр.) состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (308 источников), включает 17 таблиц, 72 рисунка.

 

Материалы и методы

Обсуждение результатов

 

Результаты исследования динамики вегетативной регуляции кардиоритма при нагрузках разного рода, в первую очередь, воспроизводят и подтверждают данные о высокой чувствительности системы регуляции к различным изменениям во внутреннем и внешнем контекстах живой системы [279].

Использование нового инструментария – системы беспроводной регистрации сердечного ритма, который был разработан специально под задачи измерения режимов работы живой системы в условиях естественной деятельности, открыло новые возможности для исследований [291; 293]. В результате многообразных экспериментальных серий измерений в различных контекстах естественной деятельности нам удалось выяснить, что динамика параметров вегетативной регуляции кардиоритма является нелинейной, квазипериодической и не имеет прямых взаимосвязей с режимом вегетативной регуляции в стационарных контекстах – сидя, лежа. Это ставит под сомнение адекватность такой характеристики, как вегетативный статус человека, который во многих работах трактуется как режим вегетативной регуляции, типичный для данного субъекта [305; 237]. Мы считаем, что все режимы вегетативный регуляции специализированы под конкретные функциональные контексты. Конечно, нет оснований полностью отрицать возможность выявления зависимостей между показателями вегетативной регуляции в покое и в контексте естественной деятельности. Однако их, видимо, стоит искать персонально, для конкретного человека посредством многократного длительного мониторинга, что, возможно, позволит с определенной точностью предсказывать вегетативные реакции конкретного человека в богатой стимульной среде естественной деятельности.

Использование алгоритмов спектрального анализа, специализированных для неравномерных временных рядов (каким, собственно и является последовательность RR-интервалов), позволило выявить новый, не рассматриваемый в классической физиологии и медицине, диапазон спектра ВСР – очень высокочастотные колебания от 0,6 до 2 Гц. Показатели данного диапазона оказались чувствительными к функциональному состоянию стресса и уровнем активности ЭОС. Поэтому есть все основания полагать, что в структуре нервно-гуморальной регуляции сердечного ритма присутствуют механизмы быстрой, краткосрочной регуляции.

Математические методы динамического спектрального анализа позволяют масштабировать дискретность получаемых параметров, поэтому появляется возможность наблюдать изменения структуры нервно-гуморальной регуляции сердечного ритма, согласованные по времени с динамикой внешних событий. Это шаг к исходному пониманию состояний как функции от времени, который приближает к возможности выявлять закономерные динамические структуры и предсказывать динамику событий эндогенного контекста живой системы в более короткие сроки. В нашей работе также продемонстрировано подтверждение того, что для спектрального анализа ритмограмм необходимо применять методы, специализированные под неравномерно дискретизированные сигналы. Только в таком случае, без применения алгоритмов интерполяции, в получаемых спектрах ритмограмм наблюдается очень высокочастотный компонент (0,6-2 Гц), характеристики которого, как оказалось, чувствительны для распознавания функциональных состояний и наркозависимости. Этот результат дает возможность использовать для анализа более короткие фрагменты ритмограмм (15-20 с), чем приняты в классических методах анализа ВСР (300 с).

Полученные нами результаты сравнения динамики вегетативной регуляции кардиоритма при когнитивной нагрузке подтверждают литературные данные, в которых демонстрируются вегетативные эффекты когнитивного напряжения, отражающиеся в снижение вариабельности сердечного ритма [105; 106; 26; 131; 151; 173; 132; 65; 260; 12; 103; 202; 211; 1; 9; 157; 27; 84]. Принципиально новым в нашем исследовании стало сравнение разных контекстов когнитивной нагрузки, которые отличаются между собой не степенью сложности (все контексты задействовали первичные когнитивные функции), а характером целевой задачи. Соответственно, такой подход дал очень интересный результат, который заключается в том, что режим вегетативной регуляции меняется и при смене типа когнитивной задачи. Это указывает на наличие очень тонких механизмов регуляции. Кроме того, показаны быстрые изменения сердечного ритма, согласованные с динамикой информационного образа и движением живой системы в когнитивном пространстве по циклу определенность-неопределенность. Увеличение уровня дезорганизации сердечного ритма в контексте неопределенности, возможно, связано с активизацией дополнительных нейрональных модулей обработки информации и их проекциями на систему нервно-гуморальной регуляции сердечного ритма.

Результаты, полученные нами при исследовании связей между вегетативной регуляцией кардиоритма и эмоциональным состоянием, также находят подтверждение в литературных данных. Угнетенное эмоциональное состояние (в нашем случае повышение уровня эмоциональной дезадаптации), нарушения эмоционально-волевой сферы сопровождаются редукцией вегетативной регуляции кардиоритма [10; 37; 207; 128]. Относительно этого факта возникает вопрос первичности, так как исследования вегетативных расстройств (вегетососудистая дистония) демонстрируют ухудшение эмоционального состояния больных [252] (как будто при других болезнях наблюдается улучшение эмоционального состояния). По-видимому, в основе механизмов этих эффектов лежит взаимное влияние, и даже включенность в единый системный процесс двух модулей – эмоционального и вегетативного.

Вообще, снижение вариабельности сердечного ритма как признак наличия какой-либо болезни встречается во многих работах [58; 43; 14]. Список болезней при этом очень широкий: нарушения сердечно-сосудистой системы (дисфункция миокарда, тетраплегия, гипертензия, застойная недостаточность кровообращения, хроническая митральная регургитация, кардиомиопатия, желудочковые аритмии, наджелудочковые аритмии и др.), психоневрогологические нарушения (посттравматическое стрессовое расстройство, депрессия, тревожность), онкологические заболевания, инфекционные заболевания (грипп, ОРВИ). Важным является то, что в исследованиях экспериментальную выборку составляют больные с тем или иным диагнозом, а контрольную – здоровые испытуемые, то есть, нет попыток дифференцировать по вариабельности сердечного ритма больных с разными диагнозами. По всей видимости, снижение вариабельности сердечного ритма является неспецифическим признаком наличия болезни. Тогда, предполагается возможным расширить знаменитую триаду Г. Селье – комплекс симптомов, отражающих стресс: гипертрофия надпочечников, инволюция тимуса, язвообразование в ЖКТ, - включив в нее четвертым пунктом снижение вариабельности сердечного ритма.

Наши данные позволяют предположить, что не только автономный контур регуляции снижает активность при повышении уровня эмоциональной дезадаптации, но и центральный контур меняет свою структуру: циклы регуляции становятся более локализованными. Можно предположить, что это связано с формированием узкой доминанты активности нейрональных структур, задействованных в эмоциональных процессах и процессах вегетативного обеспечения поведения.

Полученные нами данные о динамике вегетативной регуляции кардиоритма до и после физической нагрузки воспроизводят результаты многих предыдущих исследований, которые демонстрируют снижение уровня вариабельности сердечного ритма спортсменов после тренировки или после соревновательного периода [31; 146; 192; 61; 205]. Принципиально новыми стали результаты непрерывного мониторинга сердечного ритма спортсменов в процессе тренировки, синхронизированные по времени с динамикой тренировочной нагрузки. При их анализе было выявлено, что максимальное напряжение наблюдается на этапе короткого по времени перехода от низкоинтенсивной активности к высокоинтенсивной. По всей видимости, это напряжение регуляторных систем связано с необходимостью быстрой актуализации большого количества ресурсов. Наличие в структуре тренировочного процесса частых переходных моментов (от низкоинтенсивной к высокоинтенсивной нагрузке и наоборот) ведет к срыву механизмов нейрогуморальной регуляции сердечного ритма и проявляется в наличии случаев аритмии и экстрасистолии.

Важный практически ценный результат был получен при попытке выявить структуру связей между исходным состоянием и эффективностью деятельности спортсменов. Отсутствие среднестатистических, универсальных и наличие персонифицированных зависимостей, вероятно, объясняется тем, что совокупность функциональных систем, реализующая эффективное выполнение целевой задачи, не одинакова у спортсменов. Это значит, что и значения показателей, отражающих оптимизированное ресурсообеспечение сформированной иерархии функциональных систем, будут разные. То есть структура функциональных модулей, включенных в систему, оптимизированную для выполнения профессиональных задач, персональная, а не универсальная и сформирована в процессе индивидуального опыта обучения и тренировок.

Таким образом, предсказание эффективности в игровой деятельности по психофизиологическим показателям должно производиться на основе индивидуальных моделей оптимальной реализации профессиональных навыков. Соответственно, выбор необходимых мер для активизации нужного игрока и приведения его в индивидуальную зону максимальной эффективности по параметрам функционального состояния должен осуществляться на основе индивидуальных психофизиологических профилей, соответствующих максимальной эффективности.

На основании этих результатов можно предположить, что они воспроизведутся и в других областях деятельности, не обязательно связанных с моторной активностью. Такой подход (персонифицированный мониторинг в контексте естественной деятельности) открывает новые возможности для оптимизации условий и режимов учебной и профессиональной деятельности конкретно для каждого человека.

Таким образом, при предъявлении разнообразных когнитивных, моторных и эмоциональных нагрузок, не выходящих на уровень стрессогенности, мы получили различные варианты динамики ВСР, общим для которых стало синхронное нарастание ИВБ и общей мощности спектра ВСР.

При поиске динамического вегетативного маркера стресса в работе исследована динамика вегетативной регуляции кардиоритма в широкой группе контекстов естественной деятельности, которые содержат разнообразные стресс-факторы: информационные, эмоциональные, физические. В итоговой таблице 17 представлены обобщенные результаты наших экспериментов. По этим данным можно заключить наличие динамической структуры общей мощности спектра ВСР и ИВБ, которая возникает в ситуациях чрезмерного рассогласования между целевой функцией и наличествующим результатом независимо от природы контекста (эмоциональный, информационный, моторной активности). Это дает основания утверждать, что данный паттерн активности систем регуляции сердечного ритма является маркером стресс-реакции.

 

Таблица 17. Последовательная динамика показателей ВСР в контекстах естественной деятельности («á»-возрастание; «â»-снижение; «-» - не меняется).

Контекст естественной деятельности	Стресс-фактор	Динамика показателей ВСР
		LF(мс^2)	HF(мс^2)	TP(мс^2)	LF/HF	RR(мс)	ЧСС
Управление автотранспортом	Внезапный маневр	áâá	áâ-	áâ-	áâá	â--	á--
Публичное выступление	Наличие публики, значимость оценки	áâá	áâ-	áâ-	áâá	â--	á--
Тренировка в газово-дымовой камере	Интенсивная физическая нагрузка при недостатке ресурсов	áâá	áâ-	áâ-	áâá	â--	á--
Шахматная партия	Ошибки	áâá	áâ-	áâ-	áâá	â--	á--
Компьютерные игры	Ошибки	áâá	áâ-	áâ-	áâá	â--	á--
Спортивная тренировка	-	áâ-	áâ-	áâ-	áâ-	â--	á--

 

Напомним, что эта структура включает следующие последовательные фазы: 1) возрастание обще мощности спектра ВСР и ИВБ, 2) возрастание ИВБ при снижении общей мощности спектра ВСР (Рисунок 69, А).

А Б

Рис. 69. Обобщенная схема динамики спектральных показателей ВСР: общей мощности спектра и ИВБ при стресс-активации (А) и физической нагрузке (Б).

Важно, что по динамике показателей общей мощности спектра ВСР и ИВБ можно разделить стресс-активацию от напряжения регуляторных систем, связанного с моторной активностью. Различие заключается в том, что моторная активность в контексте спортивной тренировки сопровождается однонаправленными изменениями этих показателей. Стоит отметить, что изменения длительности RR-интервалов и значений ЧСС в этом случае неинформативны: и при стрессе и при моторной активности наблюдается их уменьшение.

Естественно, встает вопрос о психофизиологических механизмах такой динамики показателей ВСР при стрессе. Чтобы попробовать в них разобраться, для начала проанализируем, от чего зависит показатель мощности колебаний RR-интервалов.

Во-первых, имеет значение диапазон изменений RR-интервалов, который численно можно выразить в формуле RRmax-RRmin. По сути, этот показатель отражает количество степеней свободы в сигнале. Соответственно, чем он выше, тем больше возможных регуляторных команд могут влиять на сигнал и отражаться в нем различными амплитудно-фазовыми модуляциями, которые дают прирост мощности в спектре. Если данный диапазон узкий, что наблюдается при высоких значениях ЧСС, то команды могут поступать, но не отрабатывать.

Во-вторых, колебания сердечного ритма содержат модуляции, связанные с командами от системы нервно-гуморальной регуляции. Соответственно, мощность спектра в таком сигнале может зависеть от сложности структуры управляющей системы. Снижение мощности, в таком случае, связано либо со снижением активности центров управления (стало меньше команд), или с реструктуризацией системы управления в сторону локализации источника команд (команд столько же, но они исходят только от одного модуля системы, при этом прочие модуляции, отражающиеся в других частотных диапазонах спектра, подавляются). Нельзя исключать из рассмотрения и совместное действие обоих алгоритмов.

Таким образом, можно объяснить первую фазу динамики общей мощности спектра ВСР и ИВБ в стресс-активации и моторной активности (TP↑LF/HF↑) активизацией всех контуров системы нервно-гуморальной регуляции сердца. Это, в свою очередь, может быть обусловлено потребностью в короткие сроки активировать максимум ресурсов и перестроить систему в новый режим (физической нагрузки).

Тогда вторая фаза динамики общей мощности спектра ВСР и ИВБ при стрессе (ТР↓LF/HF↑) соответствует переходу системы управления в редуцированный режим, структура системы упрощается. По сути, это согласовано с представлениями о стрессе, как о древней, сугубо упрощенной реакции [280; 296]. Как показано в исследованиях [287], при стрессе стираются индивидуальные различия.