ASSESSMENT OF EFFECTIVENESS OF BIOFEEDBACK TRAINING FOR CORRECTION OF FUNCTIONAL STATUS OF SUBMARINERS IN PERIOD OF A LONG-TERM AUTONOMOUS MISSION

Full Text

Управление такой сложной эргатической системой, как подводная лодка (ПЛ), связано с продолжительным пребыванием личного состава в условиях замкнутого пространства и резким ограничением социальных контактов в условиях воздействия на организм не только факторов самой операторской деятельности, но и ряда крайне неблагоприятных факторов обитаемости, высокой ответственностью за решение боевых задач и осознанием реальной витальной угрозы. Деятельность в подобных условиях требует от подводников предельной мобилизации психофизиологических ресурсов, что негативно сказывается на их функциональном состоянии (ФС) и диктует необходимость проведения коррекционных мероприятий для профилактики критического снижения их ФС и предотвращения аварийных ситуаций по человеческому фактору [10, 11]. Одной из наиболее перспективных коррекционных методик на сегодняшний день является проведение тренировок психической саморегуляции с применением технологии биологической обратной связи (БОС). Данная технология психофизиологической коррекции основана на предъявлении человеку информации о состоянии и изменении тех или иных его физиологических процессов с целью обучения сознательному контролю над различными вегетативными функциями организма [6, 3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях Экология человека 2015.10 10]. В качестве обратных сигналов-стимулов могут использоваться различные параметры гемодинамики, дыхания, кожно-гальваническая реакция, электроэнцефалограмма. Однако с учётом специфики условий ПЛ в рамках данного исследования предпочтение было отдано формированию навыков диафрагмально-релаксационного типа дыхания с максимальной дыхательной аритмией сердца. Целью исследования настоящей работы являлась оценка эффективности БОС-тренинга для коррекции функционального состояния и работоспособности подводников в ходе автономного плавания. Методы Исследование проводилось в ходе дальнего морского похода. В нем приняли участие 10 операторов в возрасте от 30 до 40 лет, прошедших медицинское освидетельствование и признанных годными по состоянию здоровья к службе на ПЛ и подписавших информированное добровольное согласие на участие в исследовании. В процессе рандомизации были сформированы основная (n = 5) и контрольная (n = 5) группы. В основной группе в период плавания проводились тренировки психической саморегуляции с применением БОС при помощи аппаратно-программного комплекса «Реакор» производства ООО НПКФ «Медиком МТД» г. Таганрог. Испытуемые основной группы выполняли 10 процедур БОС ежедневно по 20-30 минут с повтором курса через 10 дней. В качестве обратного сигнала-импульса использовалась частота сердечных сокращений (ЧСС). В контрольной группе коррекционных мероприятий не проводилось. Для оценки эффективности использования БОС-процедур все испытуемые перед выходом в море и по его окончании подвергались комплексному психофизиологическому обследованию по оценке ФС кардио-респираторной системы. Исследования проводились с использованием компьютерного кардиографа «ПолиСпектр-8», разработанного фирмой «Нейрософт», г. Иваново, и автоматического измерителя давления ОМРОН производства компании «OMRON» Япония. Регистрация кардиоритмограммы производилась в положении лежа в течение 5 минут до и после выполнения процедуры. По результатам выполненных исследований были проанализированы следующие показатели деятельности кардиореспираторной системы: • статистические параметры вариабельности сердечного ритма (ВСР) - среднеквадратичное отклонение интервала R-R (SDNN), процент последовательных интервалов, различие между которыми превышает 50 мс (pNN50), показатель R-R - разность между максимальной и минимальной ЧСС; • спектральные компоненты ВСР: суммарная мощность спектра (ТР), мощность очень низкочастотной составляющей спектра (0,003-0,04 Гц, VLF), мощность низкочастотного компонента спектра (0,04 - 0,15 Гц, LF), мощность высокочастотной составляющей спектра (0,15-0,4 Гц, HF) и вагосимпатический индекс (LF/HF); • параметры вариационной пульсометрии: мода, т. е. наиболее часто встречающиеся значения интервалов R-R (Мо), индекс вегетативного равновесия (ИВР), показатель активности процессов регуляции (ПАПР), индекс напряжения (ИН). Статистическая обработка результатов исследования [1, 11] проводилась с помощью встроенного программного модуля Microsoft Excel 2000 и Statistica 6.0. Из-за малочисленности обследуемой группы математическая обработка достаточно затруднена, в связи с чем при анализе полученных данных обращалось внимание не только на значимые изменения, установленные с помощью непараметрических методов статистики, но и на наиболее выраженные тенденции, подтверждаемые сочетанной динамикой физиологически взаимосвязанных показателей. Результаты Вариабельность сердечного ритма характеризует влияние на работу сердца вегетативной нервной системы и ряда других гуморальных и рефлекторных факторов. Анализ ВСР дает возможность оценить ФС оператора, позволяет следить за его динамикой [4, 7, 11]. Негативная динамика показателей ВСР на фоне выраженной нервно-психической или физической нагрузки свидетельствует о нарушении вегетативной регуляции сердечной деятельности и отражает низкий уровень функциональных резервов сердечно-сосудистой системы. Результаты анализа статистических параметров ВСР операторов основной и контрольной группы представлены в табл. 1. Таблица 1 Статистические параметры вариабельности сердечного ритма операторов основной и контрольной групп Группа Исп. № AR-R (у. е.) SDNN (мс-2) PNN50 (%) До После До После До После Основная 1 24,3 21,3 30 20 1,3 1,5 2 8,5 22,4 42 100 2,4 6,0 3 8,5 19,0 31 76 9,1 36,8 4 8,9 22,2 48 56 37,2 13,0 5 30,7 41,7 45 61 9,7 35,6 М 16,18* 25,32* 39,2* 62,6* 11,94 18,58 G 10,6 9,3 8,2 29,3 14,6 16,6 м 4,7 4,2 3,7 13,1 6,6 7,4 Конт рольная 6 4,9 9,6 16 37 0,9 0,6 7 28,9 5,0 52 28 12,8 0,9 8 23,8 7,2 52 45 3,5 0,3 9 32,6 15,9 46 57 3,0 5,1 10 15,7 10,5 70 42 36,5 6,3 М 21,18* 9,64* 47,2 41,8 11,34 2,64 G 11,1 4,1 19,6 10,7 14,8 2,8 м 5,0 1,8 8,8 4,8 6,6 1,3 Примечание для табл. 1-3. * - изменения в связанных выборках статистически значимы (р < 0,05). 4 Экология человека 2015.10 Безопасность в чрезвычайных ситуациях По результатам анализа статистических показателей ВСР установлено, что в основной группе значения AR-R к моменту окончания похода увеличивалось в среднем на 56,4 % (p < 0,05 по Т-критерию Вилкоксона). Абсолютные значения показателя составили в среднем 25,32, что относится к классу ФС, свидетельствующему о сбалансированности регуляторных процессов [8]. В контрольной группе, напротив, AR-R значимо снижалось более чем в 2 раза (p < 0,05 по Т-критерию Вилкоксона). Абсолютные значения показателя к моменту окончания морского похода составили в среднем по группе 9,64, что свидетельствует о снижении резервных возможностей сердечно-сосудистой системы. Подобные значения AR-R наблюдаются у здоровых лиц при утомлении после выполнения задач, связанных с высоким когнитивным, психоэмоциональным или физическим напряжением [8]. Сравнительный анализ статистических параметров ВСР обследуемых групп показал, что к моменту окончания похода значения AR-R у операторов основной группы были значимо выше, чем в контрольной группе, более чем в два раза (p < 0,01 по U-критерию Манна - Уитни). Индекс SDNN в основной группе, измеренный после выхода в море, был значимо выше предпо-ходовых величин в среднем на 60,5 % (p < 0,05 по Т-критерию Вилкоксона). В контрольной группе, напротив, он имел тенденцию к снижению (в среднем на 11,4 %). Показатель рNN50 в контрольной группе также снижался (более чем в два раза), а в опытной группе имел тенденцию к росту (в среднем на 55,6 %). При этом различия рNN50 между группами к моменту окончания похода достигали уровня статистической значимости (p < 0,05 по U-критерию Манна - Уитни). Аналогичная динамика наблюдается и при анализе других статистических параметров ВСР Не менее характерной является динамика спектральных показателей ВСР (табл. 2). К моменту окончания похода суммарная мощность спектра ВСР в основной группе возросла более чем в два раза, в то время как в контрольной группе показатель имел разнонаправленную динамику, снижаясь в среднем по группе на 18,2 %. При этом измерения, выполненные после завершения похода, выявили, что у респондентов, принимавших участие в сеансах БОС-тренинга, значения ТР были в среднем по группе практически в два раза выше, чем у представителей контрольной группы. Анализ компонентов спектра ВСР показал, что увеличение общей мощности в основной группе достигалось за счёт сочетанного увеличения VLF-компонента, низкочастотного компонента (p < 0,05 по Т-критерию Вилкоксона) и высокочастотной составляющей. Причём во всех диапазонах частот наблюдалось более чем двукратное увеличение значений. В контрольной группе снижение общей мощности спектра происходило на фоне увеличения значений VLF-составляющей (в среднем на 46,9 %) и сочетанного снижения низкочастотного компонента (более чем в два раза) и высокочастотной составляющей (в среднем на 18,1 %). По современным представлениям низкочастотные колебания (LF) отражают активность симпатического звена нервной регуляции и связаны с деятельностью вазомоторного центра. Высокочастотные колебания (HF) зависят от активности парасимпатической нервной системы и отражают тонус блуждающего нерва. Суммарная мощность спектра свидетельствует об общей вариабельности ритма сердца и позволяет Спектральные показатели вариабельности сердечного ритма операторов основной и контрольной групп Таблица 2 Группа Исп. ТР (мс2/Гц) VLF (мс2/Гц) LF (мс2/Гц) HF (мс2/Гц) LF/HF № До После До После До После До После До После 1 1303 906 221 129 728 506 354 271 2,05 1,87 2 2158 8944 1301 1858 640 3095 216 3991 2,96 0,8 Опыт 3 1110 6570 183 3087 349 1458 578 2026 0,6 0,7 4 1917 3169 454 1867 477 817 985 484 0,5 1,7 5 2194 3457 685 1406 898 1014 612 1038 1,47 0,9 М 1736,4 4609,2 568,8 1669,4 618,4* 1378* 549 1562 1,5 1,2 G 500,0 3152,4 456,2 1063,8 214,0 1020,1 293,2 1518,1 1,0 0,5 м 224,2 1413,6 204,6 477,0 96,0 457,4 131,5 680,8 0,5 0,2 6 338 1509 138 721 166 688 345 999 4,8 6,9 7 3495 1114 647 872 2119 155 729 871 2,9 1,8 Контроль 8 2525 2664 952 2149 1542 406 567 109 3,1 3,7 9 2354 3776 1376 2705 796 796 182 275 4,37 2,9 10 5009 2172 2171 1312 1480 505 1358 354 1,1 1,4 М 2744,2 2247,0 1056,8 1551,8 1220,6 510,0 636,2 521,6 3,3 3,3 G 1709,0 1042,3 769,2 850,9 753,4 250,2 454,3 390,2 1,5 2,2 м 766,4 467,4 344,9 381,6 337,8 112,2 203,7 175,0 0,7 1,0 5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях Экология человека 2015.10 судить о состоянии регуляторных механизмов, оказывающих влияние на сердечно-сосудистую систему. Многочисленные исследования показывают, что показатель ТР имеет тенденцию к снижению в процессе напряженной профессиональной деятельности, при выраженных физических и когнитивных нагрузках, выраженном психоэмоциональном стрессе. Низкие значения общей мощности спектра ВСР зачастую рассматриваются как надёжный коррелят астенических состояний и утомления [13, 14, 15]. Тем не менее у здоровых лиц при наличии высоких функциональных резервов и адекватном функционировании механизмов адаптации сниженная ВСР достаточно быстро восстанавливается до нормальных значений. Следует отметить, что абсолютные значения индекса LF/HF в основной группе, зафиксированные после окончания похода, были значимо ниже, чем в контрольной, более чем в два раза (p < 0,05 по U-критерию Манна - Уитни). Одновременное увеличение обеих составляющих спектра ВСР и незначительное снижение LF/HF свидетельствует, по мнению ряда исследователей, о снижении психоэмоциональной напряженности и нормализации ФС системы кровообращения [4, 12, 13, 16]. Данные по вариационной пульсометрии представлены в табл. 3. При анализе показателей вариационной пульсо-метрии видно, что ни в основной, ни в контрольной группе средние значения Мо и ПАПР, зафиксированные до и после выхода в море, практически не отличаются, тогда как значения ИВР в основной группе значимо снижались в среднем в два с половиной раза (p < 0,01 по Т-критерию Вилкоксона). В контрольной группе, напротив, индекс вегетативного равновесия увеличивался в среднем на 38,3 %. При этом к моменту окончания похода группы значимо отличались по данному параметру (p < 0,01 по U-критерию Манна - Уитни). Значения ИН в основной группе после возвращения на базу также были значимо ниже исходных величин в среднем на 58 % (p < 0,05 по Т-критерию Вилкоксона). В контрольной группе показатель ИН имел тенденцию к увеличению в среднем на 37,6 %. К моменту окончания похода группы также значимо отличались по данному параметру (p < 0,01 по U-критерию Манна - Уитни). Как уже отмечалось, ИВР указывает на соотношение между активностью симпатического и парасимпатического отделов, а параметр ИН косвенно указывает на степень напряжения функциональных систем организма. В настоящее время считается, что умеренно высокие значения Мо на фоне низких значений ИН и ИВР отражают рост активности парасимпатического звена нервной системы и усиление активности автономного контура регуляции. Подобная картина наиболее характера для здоровых лиц в период восстановления после интенсивной профессиональной деятельности [2, 3, 4]. Увеличение значений ИВР, ПАПР и ИН в контрольной группе, напротив, свидетельствует об усилении центрального типа регуляции и напряжении адаптационных механизмов на фоне явлений утомления, развившегося в период выхода в море. Обсуждение результатов Анализируя статистические показатели ВСР, можно предположить, что у подводников основной группы негативные изменения вегетативной регуляции благодаря проведению коррекционных мероприятий были минимальны, что отражается в нормализации регу Таблица 3 Показатели вариационной пульсометрии операторов основной и контрольной групп Группа Исп. № Мо ИВР ПАПР ИН До После До После До После До После 1 0,62 0,55 270 62,6 84,3 138 218 56,6 2 0,79 0,74 217 24,1 60 61,9 138 16,3 Основная 3 0,8 0,82 209 96,8 60,4 39,9 130 59,1 4 1,16 1,03 128 102 35,4 36,7 55 49,3 5 0,91 1 157 74,9 45,9 27 85,9 37,3 М 0,86 0,83 196,2* 72,1* 57,20 60,70 125,4* 43,7* G 0,18 0,18 49,46 27,95 16,46 40,30 55,26 15,66 м 0,08 0,08 22,18 12,53 7,38 18,07 24,78 7,02 6 0,77 0,87 321 280 121 51,5 236 160 7 0,75 0,69 115 564 49,4 102 76,4 405 Контрольная 8 0,79 0,74 450 458 45,9 66,8 301 308 9 0,87 0,89 203 101 53,3 32,2 117 57 10 0,97 0,97 67,9 197 28,9 51,2 35 123 М 0,83 0,83 231,38 320,00 59,70 60,74 153,08 210,60 G 0,09 0,11 155,65 189,26 35,51 26,12 111,67 142,39 м 0,04 0,05 69,80 84,87 15,92 11,72 50,08 63,85 6 Экология человека 2015.10 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ляторных функций и адекватном функционировании адаптационных механизмов [5, 9, 13, 16]. По результатам анализа спектральных показателей ВСР операторов основной и контрольной групп можно сказать, что высокие значения общей мощности спектра у представителей основной группы следует рассматривать как показатель оптимального ФС организма подводников к моменту окончания выхода в море. Эти данные подтверждает и анализ динамики компонентов спектра ВСР. В контрольной группе наблюдалось характерное снижение общей мощности спектра за счёт уменьшения как низкочастотной составляющей спектра, так и высокочастотной, что характерно для состояния утомления на фоне сниженных функциональных резервов сердечно-сосудистой системы. В основной группе, напротив, наблюдалось сочетанное увеличение как LF-показателя, так и HF. При этом рост высокочастотного компонента спектра несколько превалировал над ростом LF, что привело к снижению вагосимпатического индекса в среднем по группе на 20 %. Сохранение высоких значений VLF как в основной, так и в контрольной группе свидетельствует о том, что вегетативное обеспечение деятельности по-прежнему осуществляется во многом за счёт церебральных эрготропных и гуморально-метаболических влияний. Анализ вариационной пульсометрии у подводников также показал положительную роль БОС-тренинга для поддержания ФС подводников. Таким образом, в ходе проведенного исследования у представителей основной группы в результате применения БОС-тренинга были выявлены значимые кардиографические отличия от испытуемых контрольной группы, свидетельствующие о повышении индивидуальной устойчивости организма к возникновению функциональных нарушений системы кровообращения в условиях выполнения профессиональной деятельности. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: В ходе интенсивных психоэмоциональных, когнитивных и физических нагрузок, связанных с решением задач автономного плавания, функциональное состояние подводников ухудшается, что может привести к критическому снижению качества выполняемой личным составом деятельности. С целью повышения устойчивости к неблагоприятным факторам обитаемости и условиям профессиональной деятельности подводников, предотвращения чрезмерного напряжения адаптационных резервов и соответственно снижения риска ухудшения надежности деятельности необходимо использовать современные коррекционные технологии, в частности БОС-тренинг.

About the authors

Y R Khankevich

Training Center of Ministry of Defense

Saint Petersburg

I A Bloshchinsky

Training Center of Ministry of Defense

Email: bia_55@mail.ru
Saint Petersburg

A S Vasilyev

Training Center of Ministry of Defense

Saint Petersburg

A S Kalmanov

Research and Testing Center of Aerospace Medicine and Military Ergonomics

Moscow

References

Supplementary files