Использование ЭКГ для оценки функционального состояния человека в условиях трудовой деятельности

Показано, что частота и ритм сокращений сердца являются ценными показателями при оценке влияния трудовой деятельности на человека. В частности, выявлена прямая зависимость между частотой пульса и интенсивностью мышечной работы, что позволяет использовать этот показатель для характеристики тяжести труда и нормирования физических нагрузок (В.В.Розенблат, Ю.Г.Солонин, 1975, В.М.Лобковский, Л.Б.Меденина, 1977, Ю.Г.Солонин, 1987, К.Г.Силантьева, И.В.Павлова, 1977). К тяжелым относятся работы, протекающие в среднем при частоте пульса 100уд/мин и более. При тяжелом физическом труде, особенно в условиях повышенной температуры, ЧСС превышает в отдельные моменты 200 уд/мин. Среднерабочий уровень равен 100-150 уд/мин (В.В.Розенблат, Ю.Г.Солонин, 1975).

Напряженный нефизический труд также может сопровождаться существенным повышением ЧСС (В.Г.Поповская, 1977, В.Н.Федоров, 1977, Е.И.Соколов, 1980). Последнее связано с формированием эмоциональных состояний у работающего. Эмоциональное возбуждение вызывают ответственность за результат труда, неопределенность предстоящих действий, опасность для себя и других участников производства и т.д. (П.В.Симонов, 1970, М.А.Валуева, 1972, А.А.Меденков, 1990, В.Я.Орлов и др., 1990).

Для оценки нагрузок, связанных с выполняемой работой, предложен показатель их пульсовой стоимости. Его характеризует сумма сокращений сердца сверх уровня покоя за весь период работы. Пульсовая стоимость отражает реакцию организма на все стороны выполняемой деятельности - на затраты энергии, эмоциональное напряжение, параметры окружающей среды и т.д. (Рук. по физ. тр., 1983). Измеряя частоту пульса за каждую минуту после окончания работы и сравнивая ее с дорабочим уровнем, устанавливают продолжительность восстановительного периода. Она тем больше, чем тяжелее работа и чем менее приспособлен (трениро­ван) организм человека для ее выполнения.

Большое количество работ посвящено изучению динамики частоты пульса при развитии состояния утомления. Однако, если одни авторы (А.И.Вайсман, М.Д.Брейдо, 1974, И.А.Сагюв и др., 1976, В.К.Калинин и др., 1977, Л.Г.Воронин, Л.Ф.Соловьева, 1981) указывают на его высокую диагностическую ценность, другие (В.Н.Бугаев, 1977, Р.М.Баевский, 1979, М.В.Слав утская, А.Б.Киренская, 1981), ссылаясь на незначительность изменений средней частоты пульса при развитии состояния утомления, считают этот показатель малоинформативным.

Противоречивость выводов, к которым приходят разные авторы, определяется, прежде всего, спецификой утомляющей деятельности. Согласно данным, приводимым Д.А.Лейси и Б.К.Лейси (1982), различные умственные нагрузки уже в период оптимальной работоспособности формируют специфические паттерны реакций сердечно-сосудистой системы. Так, в ситуациях, связанных с приемом сигналов из внешней среды, ЧСС снижается. В случае, когда внимание, уделяемое внешним событиям, может интерферировать с целенаправленным поведением, ЧСС увеличивается. При значительном нервно-эмоциональном напряжении, развитии утомления, как правило, происходит учащение пульса (А.А.Дьяченко, 1970, А.С.Егоров, В.П.Загрядский, 1973, А.Б.Леонова, 1984). Оно свидетельствует об ухудшении функционального состояния сердечно-сосудистой системы: на ту же нагрузку сердце начинает отвечать менее экономными реакциями. Развитие состояния утомления можно рассматривать как частный случай усиления напряженности в процессе деятельности (В.В.Романов и др., 1981). В частности, показано (Ш.Т.Аветикян, Е.А.Кан, 1982), что возрастание ЧСС и артериального давления у авиадиспетчеров к концу смены четко коррелируют с величиной нервно-психической нагрузки.

При длительном выполнении однообразной работы в режиме слежения или ожидания поступающей информации, в ситуациях с пониженным эмоциональным тонусом, как правило, имеет место снижение частоты пульса (Л.В.Виртпа, 1975, В.А.Айрапетянц, З.М.Золина, 1973, А.А.Генкин, В.И.Медведев, 1973, Л.Г.Воронин и др., 1976, М.В.Славуцкая, А.Б.Керенская, 1981). Оно свидетельствует о том, что в состоянии монотонии наблюдается повышение активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.

Показано (Л.Г.Воронин, Л.Ф.Соловьева, 1981), что урежение ЧСС на 20%, по сравнению с таковым в состоянии пси­хосенсорного покоя, вызывает снижение качества выполнения простых сенсомоторных реакций, а учащение - ухудшение работоспособности при решении мыслительных задач. Это позволяет прогнозировать уровень работоспособности и степень напряжения регуляторных механизмов (Р.М.Баевский, Р.Е.Мотылянская, 1986) на основании анализа значений ЧСС. Для оценки напряжения регуляторных механизмов предложен так называемый индекс напряженности (Р.М.Баевский, В.И.Кудрявцева, 1975), который определяется исходя из следующего соотношения:

ИН = АМо / 2 Мо х d х,

где Мо - значение моды распределения R-R интервалов;

АМо - амплитуда моды (частота случаев с модальным интервалом);

d х - вариационный размах (количество встречаемых интервалов, умноженное на разность между соседними величинами

интервала).

В норме ИН может колебаться в значительных пределах (130-200). Показателем напряжения центров, регулирующих сердечный ритм, является уменьшение Мо на 20% и более, увеличение АМо на 50% и более относительно состояния покоя.

В состоянии напряжения уменьшается дисперсия кардиоинтервалов, гистограмма приобретает характерный вид с малым вариационным размахом и большой амплитудой моды, автокорреляционная функция затухает медленно. Эти изменения соответствуют высокому уровню активности симпато-адреналовой системы, повышенной синхронизации различных звеньев регуляции. Состояние перенапряжения характеризуется одновременным усилением активности симпатических и пара­симпатических систем, при этом наблюдается расширение гистограммы, увеличение дисперсии кардиоинтервалов с одновременным урежением ритма сердца или увеличением медленных и дыхательных колебаний. Состояние истощения регуляторных механизмов отличается снижением активности симпато-адреналовой системы и заметным рассогласованием различных ее звеньев. При этом наблюдается изменение суточной динамики статистических характеристик сердечного ритма (например, вариационный размах и дисперсия в утренние часы меньше, чем днем).

Наиболее информативной для оценки качества регуляции сердечного ритма в ответ на физическую нагрузку является

95дисперсия R-R интервалов (В.А.Романенко, В.Л.Максимович, 1981, А.М.Зингерман, 1976). Экспериментально показано (В.М.Ахутин и др., 1977), что существует, по крайней мере, два типа реагирования вегетативных систем организма на сенсомоторную нагрузку. Для первого типа характерно увеличение вариативности и частоты сердечного ритма адекватно изменению нагрузки, что проявляется изменением структуры диаграмм R-R интервалов и динамики автокорреляционных функций ЭКГ (появлением медленных волн), а на поведенческом уровне - линейным нарастанием дисперсии ошибки слежения при увеличении энтропии сигнала. При втором типе реагирования наблюдаются ограниченные изменения частоты, что отражается в стабильности коэффициента вариации сердечного ритма, неизменности структуры диаграмм и динамики автокорреляционных функций ЭКГ (слабая выраженность медленных волн), а на уровне работоспособности - нелинейном росте дисперсии ошибки слежения при усложнении задачи. Операторов со вторым типом реагирования целесообразно использовать при работе в условиях монотонии, в то время как с первым - в условиях с динамическими и стохастическими изменениями ситуации.

Таким образом, математический анализ сердечного ритма может быть использован для прогнозирования самых ранних признаков утомления, в том числе, при монотонной деятельности (Р.М.Баевский, 1975, В.Н.Кудрявцева, В.А.Сычев, 1976, В.А.Сычев, М.К.Чернышев, 1976, В.Л.Денисов, С.В.Жуков, 1987). Признаками умственного утомления являются: уменьшение амплитуды моды в гистограммах распределения R-R интервалов, увеличение вариационного размаха, уменьшение индекса напряжения и увеличение амплитуды медленных волн сердечного ритма с периодом 30-70 с.

Наряду с частотой сердцебиений, высокоинформативными физиологическими показателями для диагностики состояния человека являются характеристики амплитуды и формы зубцов ЭКГ. Физическая нагрузка, как правило, вызывает следующие изменения параметров ЭКГ:

- увеличение амплитуды зубца Р;

- укорочение интервалов P-Q и Q-T;

- увеличение амплитуды зубца R;

- смещение интервала S-T относительно изолинии;

- увеличение амплитуды зубца Т (при предельной нагрузке, напротив, ее снижение).

При значительном нервно-эмоциональном напряжении могут иметь место выраженные изменения ЭКГ (Н.А.Матюшкина, З.К.Сулимо-Самуйло, 1968, П.Фресс, Ж.Пиаже, 1970, Н.Я.Волкина, 1975, Ю.И.Кундиев и др., 1976, К.А.Иванов-Муромский и др., 1980), свидетельствующие, в том числе, об ухудшении обменных процессов в миокарде. Последнее может приводить, в частности, к изменению параметров зубцов Т,P и S.