Отчет о проведенных испытаниях аппаратно-программных комплексов компании Нейрософт по оценке функционального состояния и регуляторных возможностей организма у парашютистов во время специальной тренировки инструкторского состава и кандидатов в космонавты

В.М. Михайлов, Н.А. Смирнов, Н.А. Филатов
ООО «Нейрософт». ЦПК им. Ю.А. Гагарина.

Прыжки с парашютом призваны сформировать у тренируемых навыки работы в условиях психоэмоционального и физического стресса. Стрессогенные условия тренировки при прыжках с парашютом представляют несомненную ценность для формирования у космонавтов профессионально важных качеств, оценки особенностей внутригруппового функционирования экипажей, изучения и оценки индивидуально-психологических, индивидуально-типологических свойств и качеств личности космонавтов. Актуальной проблемой на сегодняшний день остается детальная оценка вегетативных и психоэмоциональных резервов регуляции функционального состояния (ФС) организма; решение ее возможно с помощью современных программно-аппаратных комплексов, в том числе с радиотелеметрической передачей информации.

В ответ на стрессогенный фактор следуют те или иные, как правило, шаблонные вегетативные реакции. На начальном этапе изменение текущего функционального состояния и регуляторных возможностей организма под влиянием стресс-реакции происходит за счет напряжения и активации психологических, нейрогуморальных структур, а также изменения энергетического обмена и метаболизма (В.И. Медведев, 1998).

Именно психоэмоциональное напряжение, вызывающее возбуждение высших вегетативных центров, является пусковым звеном патогенетической цепи, в которой активация системы нейрогуморальной регуляции приводит к увеличению уровня катехоламинов в крови, активации реакции перекисного окисления липидов, лабилизации лизосом и высвобождению протеолитических ферментов, что в итоге может привести к структурным изменениям в органах и тканях (Ф. Меерсон).

Таким образом, в процессе типового ответа на стресс можно выделить несколько иерархических уровней, поддерживающих оптимальное функциональное состояние организма, а именно:

• Высшая нервная деятельность, обеспечивающая психологическую перестройку и изменение динамического поведенческого стереотипа;
• Вегетативная нервная система (система нейрогуморальной регуляции), регулирующая гомеостаз;
• Структурные (морфологические) изменения органов и систем, определяющие физическое состояние человека.

Исходя из вышеизложенного, оценка влияния психоэмоционального стресса на организм должна строиться на основе многоуровневого подхода, включающего исследование: а) психологического статуса; б) системы нейрогуморальной регуляции; в) определение физиологической работоспособности.

На сегодняшний день широкое признание получил тот факт, что исследование и оценка системы нейрогуморальной регуляции методом математического анализа ВРС по своим возможностям значительно превосходит возможности традиционных функциональных проб (А.Д. Ноздрачев, 2001). Именно поэтому для оценки текущего ФС и регуляторных возможностей организма использована запись, математическая обработка и оценка показателей вариабельности ритма сердца (ВРС) в соответствии с Международным Стандартом (1996).

Материалы и методы

Целью настоящей работы являлась оценка общего функционального состояния (ФС), динамики текущего ФС и регуляторных возможностей организма (системы нейрогуморальной регуляции) в ходе парашютной тренировки.

Всего обследовано 19 человек. Результаты обследования двух человек не включены в отчет из-за нарушений ритма. Таким образом, статистические данные приведены по итогам обработки обследований 17 человек.

Проводимые исследования

Исследование вариабельности ритма сердца осуществлялось на аппаратно-программных комплексах (АПК) компании Нейрософт: Поли-Спектр-8, Поли-Спектр-12, ВНС-Ритм и системе медицинского контроля (СМК) с радиотелеметрической передачей информации (ЭКГ и канал дыхания).

Первое обследование проводилось утром, до первого прыжка, в положении лежа, а затем стоя - активная ортостатическая проба (АОП). Повторная запись (лежа и стоя) делалась через 5-15 мин после приземления (после наступления стационарного периода, определяемого визуально по ритмограмме).

В данном исследовании для оценки динамики ФС и регуляторных возможностей организма использовались следующие показатели спектрального анализа ВРС:

1. Высокочастотные колебания (ВЧ, или HF - high frequency) - это колебания ЧСС при частоте 0.15-0.40 Гц. Мощность в этом диапазоне связана преимущественно с дыхательными движениями и отражает вагусный контроль сердечного ритма (колебания парасимпатического отдела вегетативной нервной системы).
2. Низкочастотные колебания (НЧ, или LF - low frequency) - это часть спектра в диапазоне частот 0.04-0.15 Гц. Она имеет смешанное происхождение. Однако преимущественное влияние на спектральную мощность в этом диапазоне оказывает симпатоадреналовая система.
3. Очень низкочастотные колебания (VLF - very low frequency) - диапазон частот от 0.003 до 0.04 Гц. Физиологические факторы, влияющие на них, разнообразны. Это и ренин-ангиотензин-альдостероновая система, и концентрация катехоламинов в плазме, и влияние гипоталамуса. Принимая во внимание, что немалый вклад в спектральную мощность в том диапазоне частот вносят нестационарные процессы, связанные с условиями записи, в данном обследовании динамика VLF-компонента во внимание не принималась.
4. LF/HF - этим значением стремятся охарактеризовать соотношение (баланс) симпатических и парасимпатических влияний. Измерение LF и HF проводится в относительных единицах, которые представляют процентный вклад каждой колебательной составляющей в общую мощность спектра, из которой вычитается мощность VLF-компонента, т.е. HFnu/LFnu. Характер симпатико-парасимпатического воздействия оценивается по соотношению процентных вкладов (LF/HF).
5. Общая мощность спектра (ОМС), или полный спектр частот, характеризующих ВРС (TP - Total power), - это мощность в диапазоне от 0.003 до 0.40 Гц. Она отражает суммарную активность нейрогуморальных влияний на сердечный ритм.

Общее функциональное состояние организма оценивалось по показателю ТР и считалось в норме, если показатель общей спектральной мощности (ТР) превышал 2500 мс2/Гц, при условии удовлетворительной стационарности процесса. Баланс отделов ВНС оценивался по отношению LF/HF. При этом значения ниже 0.55 характеризовались как преобладание парасимпатической активности, а показатели выше 1.1 расценивались как гиперсимпатикотония. Реактивность и, соответственно, регуляторные возможности организма оценивались с учетом коэффициента 30:15 (показателя, характеризующего реактивность парасимпатического отдела ВНС). Значения ниже 1.20 расценивались как сниженная реактивность парасимпатического отдела ВНС. Динамика отношения LF/HF при проведении активной ортостатической пробы позволяла оценить адекватность активации симпатоадреналовой системы при вегетативном обеспечении деятельности (в данном случае - АОП).

Результаты и обсуждение

Регистрация ЭКГ во время прыжка с парашютом непосредственно во время полета проводилась при помощи системы медицинского контроля (СМК) для дистанционной передачи электрокардиограммы и параметров дыхания, разработанной в компании Нейрософт.

В тех случаях, когда был зарегистрирован достаточно устойчивый сигнал ЭКГ во время спуска (13 наблюдений), средняя ЧСС составляла 160 ± 20.3 сокр./мин. Пример ритмограммы и фрагмент ЭКГ с зарегистрированной экстрасистолией во время спуска и первые минуты после приземления представлен на рис. 1.

Рис. 1. ЭКГ и ритмограмма во время полета и первые минуты после приземления (регистрация по радиоканалу).

На ритмограмме видно, что ЧСС к моменту приземления составляла 188 сокр./мин, затем после групповых экстрасистол (40 секунда) начинается урежение ЧСС. Примерно через 300 секунд ЧСС составляет около 110 сокр./мин и хорошо выражена волновая структура сердечного ритма.

После приземления волновая структура сердечного ритма, как правило, восстанавливалась в течение 5-10 мин практически. ЧСС оставалась выше исходного уровня, однако наличие стационарного процесса позволяло проводить математическую обработку вариабельности сердечного ритма.

На рис. 2 представлена ритмограмма сердечного ритма, зарегистрированная непосредственно перед приземлением, в первые минуты отдыха и после наступления стационарного периода, в течение которого и проводилась регистрация ВРС.

Рис. 2. Ритмограмма во время прыжка с парашютом (перед приземлением) и в первые 10 минут после приземления: А) РГ в момент приземления. ЧСС = 188 сокр./мин; Б) Восстановление волновой структуры сердечного ритма и стационарного периода спустя 6 минут.

В группе обследуемых, включенных в окончательную обработку данных (17 человек), средняя ЧСС до прыжка составляла 72 ± 13.7 сокр./мин, после прыжка, во время регистрации ВРС - 80.1 ± 14.9 сокр./мин.

Показатели спектрального и временного анализа ВРС до прыжка с парашютом приведены в табл. 1-3. Учитывая, что распределение не было нормальным, для статистической обработки результатов использовалась медиана, 1-й и 3-й квартиль (25% и 75% квартиль) - Ме (25%; 75%).

В табл. 1 представлены результаты спектрального анализа ВРС у парашютистов до прыжка.

Таблица 1. Показатели спектральной мощности анализа ВРС у парашютистов, до прыжка (фоновая запись)

Таблица 2. Структура спектральной мощности ВРС, до прыжка (фоновая запись)

Таблица 3. Показатели временного анализа ВРС, до прыжка (фоновая запись)

Показатели спектрального и временного анализа ВРС после прыжка с парашютом приведены в табл. 4-6.

Таблица 4. Показатели спектрального анализа ВРС у парашютистов, после прыжка (фоновая запись)

Таблица 5. Структура спектральной мощности ВРС, после прыжка (фоновая запись)

Таблица 6. Показатели временного анализа ВРС, после прыжка (фоновая запись)

Таким образом, после прыжка наблюдалось выраженное снижение общей мощности спектра (TP): до тренировки Ме (25%; 75%) = 4954 (6848; 2462), после прыжка - 1639 (790; 3063), что следует расценивать как снижение текущего функционального состояния. Возрастание отношения LH/HF с 0.8 (0.4; 1.2) до 2.1 (1.4; 3.3) следует трактовать как возрастание активности симпатоадреналовой системы.

На рис. 3 представлена динамика основных показателей спектральной мощности у парашютистов до и после прыжка (запись в покое, лежа).

Рис. 3. Динамика основных показателей спектральной мощности у парашютистов до и после прыжка (медиана).

На рис. 4 представлена динамика отношения LH/HF у парашютистов до и после прыжка (фоновая запись в покое, лежа).

Рис. 4. Динамика показателя LH/HF у парашютистов до и после прыжка (фоновая запись).

Показатели спектрального и временного анализа ВРС во время активной ортостатической пробы (АОП) до прыжка с парашютом приведены в табл. 7-9.

Таблица 7. Показатели спектральной мощности анализа ВРС у парашютистов, до прыжка (АОП)

Таблица 8. Структура спектральной мощности ВРС, до прыжка (АОП)

Таблица 9. Показатели временного анализа ВРС, до прыжка (АОП)

Показатели спектрального и временного анализа ВРС при АОП после прыжка с парашютом приведены в табл. 10-12.

Таблица 10. Показатели спектрального анализа ВРС у парашютистов, после прыжка (АОП)

Таблица 11. Структура показателей спектральной мощности показателей ВРС у парашютистов, после прыжка (АОП)

Таблица 12. Показатели временного анализа ВРС, после прыжка (АОП)

И при проведении активной ортостатической пробы также отмечается снижение общей спектральной мощности и возрастание отношения LF/HF, однако выраженность этих сдвигов меньше, чем до прыжка. Данный факт следует расценивать как снижение (истощение) регуляторных механизмов.

Рис. 5. Динамика показателей спектральной мощности ВРС до и после прыжка (АОП).

Рис. 6. Динамика показателя LH/HF у парашютистов до и после прыжка (АОП).

Важно учитывать и динамику коэффициента 30:15 (К 30:15), как показателя, характеризующего парасимпатическую реактивность организма. Как видно из данных, представленных в табл. 9 и 12, наблюдается отчетливое и выраженное снижение этого коэффициента и, следовательно, психоэмоциональный и физический стресс при прыжках с парашютом приводит не только к избыточной активации симпатоадреналовой системы, но и к снижению активности парасимпатического отдела ВНС. Принимая во внимание концепцию о защитной (трофической) роли вагуса, данный факт следует расценивать как неблагоприятный. Кроме того, можно считать, что выраженное увеличение ЧСС, которое имело место у парашютистов во время падения и в первые минуты после приземления, обусловлено не только активацией симпатоадреналовой системы, но и парасимпатической недостаточностью.

Рис. 7. Динамика коэффициента 30:15 до и после прыжка.

Таким образом, регистрация ритма сердца и математический анализ ВРС в ходе проведения парашютной тренировки позволяют:

• Оценить выраженность влияния прыжка с парашютом на сердечно-сосудистую систему, и в частности: а) определить текущую ЧСС во время прыжка; б) определить время восстановления системы нейрогуморальной регуляции; в) своевременно выявить нарушения ритма.
• Оценить текущее функционального состояния и адаптационные (регуляторные) возможности организма до и после прыжка, что позволяет дать количественную характеристику такому понятию, как «физиологическая цена деятельности». Иначе говоря, определить, какой ценой дается проведение того или иного этапа тренировки. Данный подход, в свою очередь, дает возможность на практике реализовать положения и концепции сохранения профессионального здоровья, под которым понимается «свойство организма сохранять заданные компенсаторные и защитные механизмы, обеспечивающие работоспособность во всех условиях, в которых протекает профессиональная деятельность» (В.А. Пономаренко, 1999).

Статистическую обработку материала сравнительного анализа текущего функционального состояния и регуляторных возможностей организма у опытных и начинающих парашютистов не удалось провести из-за малого числа наблюдений. Однако показатели спектрального анализа ВРС у обследуемого Терехова (первый прыжок с парашютом) резко отличаются от показателей ВРС у остальных участников (рис.8).

Рис. 8. Сравнительная динамика ТР парашютистов и обследуемого Т. до и после прыжка (фоновая запись).

Низкие показатели спектральной мощности ВРС сохраняются и на вторые сутки наблюдения. Однако в процессе тренировок, при правильно поставленном тренировочном процессе, под руководством опытных инструкторов все показатели спектральной мощности пришли в норму и соответствуют среднегрупповым значениям (табл. 13, рис. 9,10).

Таблица 13. Динамика основных показателей ВРС у обследуемого Т. (фоновая запись лежа, К 30:15 при АОП)

Рис. 9. Динамика показателей спектральной мощности (фоновая запись) в процессе парашютной тренировки обследуемого Т.

Рис. 10. Динамика отношения LF/HF (фоновая запись) в процессе парашютной тренировки обследуемого Т.

Приведенное выше наблюдение - прекрасная иллюстрация положительного влияния правильно проведенного тренировочного процесса на общее функциональное состояние организма.

Устойчивость системы нейрогуморальной регуляции к повторным прыжкам с парашютом в течение дня прослежена у трех опытных парашютистов (обследуемые З., П. и  Т.). Результаты представлены в табл. 14.

Как видно из представленных данных, после прыжков показатели спектральной мощности меняются не существенно (отдельные резкие сдвиги, как, например, снижение ТР у обследуемого Т. обусловлены уменьшением нестационарности процесса (связанной с электрофизиологическими особенностями пейсмекерной активности СА-узла) и не меняют общей картины, так как в целом показатель ТР, отражающий текущее функциональное состояние организма, остается на достаточно высоком уровне. Отношение LF/HF, характеризующее активацию симпатоадреналовой системы, имеет отчетливо выраженную тенденцию к нарастанию по сравнению с исходным уровнем, однако при повторных прыжках меняется недостоверно. Коэффициент 30:15 (показатель реактивности парасимпатического отдела ВНС) также имел тенденцию к снижению, однако малое число наблюдений не позволяет делать статистически достоверные выводы.

Подводя итог результатам проведенных обследований, можно сделать следующие выводы:

Для практически здоровых лиц, подвергающихся воздействию стресс-стимула во время прыжков с парашютом, характерна следующая динамика параметров ВРС:

• Общая мощность спектра (ТР) после прыжка снижается, однако абсолютные цифры у опытных парашютистов остаются в пределах должных величин, что позволяет говорить о сохранности текущего функционального состояния.
• Спектральная мощность HF-компонента (парасимпатические влияния) снижается. Снижение спектральной мощности LF-компонента выражено в меньшей степени, что приводит к относительному преобладанию в структуре спектральной мощности волн медленного периода и, как следствие, росту отношения LF/HF (относительному повышению активности симпатоадреналовой системы).
• Достоверное снижение коэффициента 30:15 при проведении активной ортостатической пробы, наряду со снижением спектральной мощности HF-компонента, указывает на наличие парасимпатической недостаточности.
• Снижение текущего функционального состояния (показатель ТР), избыточная активация симпатоадреналовой системы (отношение LF/HF) и снижение парасимпатической системы регуляции (HF-компонент и коэффициент 30:15) являются патогенетической основой развития реакций дезадаптации.
• Правильно поставленный тренировочный процесс позволяет снять патогенное влияние стресса в ходе парашютной тренировки.

Кардиографы • Публикации