Структура антиноцицептивной системы (анц-системы)

1. АНЦ-структуры среднего, продолговатого и спинного мозга. Главные из них: серое околоводопроводное вещество (сильвиев водопровод соединяет III и IV желудочки), ядра шва и ретикулярной формации, а также желатинозная субстанция спинного мозга.

Они тормозят «ворота боли» спинного мозга, угнетают восходящий ноцицептивный поток возбуждения. Это система нисходящего тормозного контроля боли. Трансмиттерами этой тормозной системы являются опиоиды, а также серотонин. Более точно следует называть эти трансмиттеры модуляторами, а не медиаторами, т.к. они модулируют (изменяют) состояние нейронов-мишеней, а не передают на них возбуждение. Различия между медиаторами и модуляторами объясняются тут: Медиаторы и модуляторы.

Основные нейроны АНЦ-системы локализованы в околоводопроводном сером веществе среднего мозга. Их аксоны образуют нисходящие пути к продолговатому и спинному мозгу и восходящие пути к ретикулярной формации, таламусу, гипоталамусу, лимбической системе, базальным ганглиям и коре. Медиаторами этих нейронов являются пентапептиды: мет-энкефалин и лей-энкефалин, имеющие в качестве концевых аминокислот соответственно метионин и лейцин. Энкефалины возбуждают опиатные рецепторы. В энкефалинергических (опиатергических) синапсах опиатные рецепторы находятся на постсинаптической мембране, но эта же мембрана является пресинаптической для других синапсов - болевых, т.е. через неё должны выделяться трансмиттеры, передающие "болевое" возбуждение с одного болевого нейрона на другой. Опиатные рецепторы являются метаботропными, они ассоциированы с аденилатциклазным биорегуляторным внутриклеточным путём и вызывают ингибирование аденилатциклазы. В результате в болевых нейронах нарушается синтез цАМФ. В итоге уменьшается вход кальция и освобождение трансмиттеров, включая медиаторы боли: субстанции P, холецистокинина, соматостатина, глутаминовой кислоты .

АНЦ-структуры гипоталамуса.

Они оказывают различное действие на болевую ноцицептивную систему:

1) нисходящее тормозное влияние на ноцицептивные нейроны спинного мозга;

2) восходящее тормозное влияние на таламические ноцицептивные нейроны;

3) активирующее влияние на систему нисходящего тормозного контроля (т.е. АНЦ-систему предыдущего первого уровня).

3. АНЦ-структуры второй соматосенсорной зоны коры.

Эта зона активирует АНЦ-структуры предыдущего первого и второго уровня.

 

Механизм работы антиноцицептивной системы

Антиноцицептивная система выделяет биологически активные эндогенные опиоидные вещества – это «внутренние наркотики». Они называются эндорфины, энкефалины, динорфины. Все они по химическому строению являются короткими пептидными цепочками, как бы кусочками белковых молекул, т. е. состоят из аминокислот. Отсюда и название: нейропептиды, опиоидные пептиды. Опиоидные — т. е. подобные по действию наркотическим веществам опийного мака.

На многих нейронах болевой системы существуют специальные молекулярные рецепторы к этим веществам. Когда опиоиды связываются с этими рецепторами, то возникает пресинаптическое и/или постсинаптическое торможение в нейронах болевой системы. Болевая ноцицептивная система тормозится и слабо реагирует на боль.

На рисунке более мелкий АНЦ-нейрон (он слева) тормозит синапс болевого нейрона и мешает ему передавать болевое возбуждение дальше.

Кроме опиоидных пептидов в регуляции боли участвуют неопиоидные пептиды, например, нейротензин. Они влияют на боль, возникающую из разных источников. Кроме того боль могут подавлять серотонин и катехоламины (норадреналин, адреналин, дофамин).

Антиноцицептивная система действует несколькими путями:

Срочный механизм.

Возбуждается действием болевых стимулов, использует систему нисходящего тормозного контроля. Он быстро ограничивает афферентное ноцицептивное возбуждение на уровне задних рогов спинного мозга. Этот механизм участвует в конкурентной аналгезии (обезболивании), т.е. болевая реакция подавляется, если одновременно действует другой болевой стимул.

Короткодействующий механизм.

Запускается гипоталамусом, вовлекает систему нисходящего тормозного контроля среднего, продолговатого и спинного мозга. Этот механизм ограничивает болевое возбуждение не только на уровне спинного мозга, но и выше, активируется стрессогенными факторами.

Длительнодействующий механизм.

Активируется при длительной боли. Центры его находятся в гипоталамусе. Вовлекается система нисходящего тормозного контроля. Этот механизм ограничивает восходящий поток болевого возбуждения на всех уровнях ноцицепивной системы. Этот механизм подключает эмоциональную оценку и придает эмоциональную окраску боли.

Тонический механизм.

Поддерживает постоянную активность антиноцицептивной системы. Центры его находятся в орбитальной и фронтальной областях коры, расположенных за лбом и глазами. Обеспечивает постоянное тормозное влияние на активность ноцицептивной структуры на всех уровнях. Важно отметить, что это происходит даже при отсутствии боли. Таким образом, с помощью антиноцицептивных структур коры больших полушарий головного мозга можно заранее подготовится и затем при действии болевого раздражителя уменьшить болезненные ощущения.

 

Взаимодействие болевой и антиболевой систем

Итак, мы приходим к выводу, что сила и характер болевых ощущений являются результатом работы не одной системы, а двух систем: болевой (ноцицептивной) и антиболевой (антиноцицептивной). Их взаимодействие друг с другом определяет, какие именно болевые ощущения будет испытывать человек.

Гипералгезия – это повышение болевой чувствительности, достигается двумя путями: 1) повышенное возбуждение ноцицептивной системы; 2) пониженное возбуждение антиноцицептивной системы.

Гипоалгезия – понижение болевой чувствительности. Достигается противоположными эффектами: 1) пониженное возбуждение ноцицептивной системы; 2) повышенное возбуждение антиноцицептивной системы.

Полезное значение могут иметь оба этих состояния.

Порог боли – это подвижная непостоянная величина, которая зависит от взаимодействия двух систем: болевой и обезболивающей. Обе системы образуют общую систему боли и являются ее подсистемами. Эта сложная сенсорная система восприятия боли предназначена для сохранения целостности организма и его частей.

133

Адаптация это  приспособление строения, функций органов и организма в целом, а также популяции живых существ к изменениям окружающей среды. Различают генотипическую и фенотипическую адаптацию. В основе первой лежат механизмы мутаций, изменчивости, естественного отбора. Они явились причиной формирования современных видов животных и растений. Фенотипическая адаптация – это процесс, протекающий в течение индивидуальной жизни. В результате него организм приобретает устойчивость к какому-либо фактору внешней среды. Это позволяет ему существовать в условиях значительно отличающихся от нормальных. В физиологии и медицине это также процесс сохранения нормального функционального состояния  гомеостатических систем, которые обеспечивают развитие, сохранение нормальной работоспособности и жизнедеятельности человека в экстремальных условиях. Выделяют также сложные и перекрестные адаптации. Сложные адаптации возникают в естественных условиях, например к условиям определенных климатических зона, когда организм человека подвергается влиянию комплекса патогенных факторов (на Севере низкая температура, пониженное атмосферное давление, изменение длительности светового дня и т.д.). Перекрестные или кросс – адаптации это адаптации, при которых развитие устойчивости к одному фактору, повышает резистентность к сопутствующему. Существует два типа адаптивных приспособительных реакций. Первый тип называют пассивным. Эти реакции проявляются на клеточно-тканевом  уровне и заключается в формировании определенной степени устойчивости или толернтности к изменениям интенсивности действия какого-либо патогенного фактора внешней  среды, например пониженного атмосферного давления. Это позволяет сохранять нормальную физиологическую активность организма при умеренных колебаниях интенсивности данного фактора. Второй тип приспособления – активный. Этот тип заключается в активации специфических адаптивных механизмов. В последнем случае адаптация идет по резистивному типу. Т.е. за счет активного сопротивления воздействию. Если интенсивность воздействия фактора на организм отклоняется от оптимальной величины в ту или иную сторону, но параметры гомеостаза при этом остаются достаточно стабильными, то такие зоны колебаний называется зонами нормы.  Имеется две подобных зоны. Одна из них расположена в области недостатка интенсивности фактора, другая в области избытка. Любое смещение интенсивности фактора за пределы зон нормы вызывает перегрузку адаптивных механизмов и нарушению гомеостаза. Поэтому за пределами зон нормы выделяют зоны пессимума

В процессе адаптации выделяют два этапа: срочный и долговременный. Первый, начальный, обеспечивает несовершенную адаптацию. Он начинается с момента действия раздражителя и осуществляется на основе имеющихся функциональных механизмов (например усиление теплопродукции при охлаждении). Долговременный этап адаптации развивается постепенно, в результате длительного или многократного воздействия фактора внешней среды. В его основе лежит многократная активизация механизмов срочной адаптации и постепенное накопление структурных перестроек. Примером долговременной адаптации является изменения механизмов теплообразования и теплоотдачи в холодных климатических условиях. Базисом фенотипической является комплекс последовательных морфофизиологических перестроек,  направленных на сохранение постоянства внутренней среды. Основным звеном в механизмах адаптации являются связи физиологических функций с генетическим аппаратом клеток. Под действием экстремального фактора среды происходит увеличение нагрузки на функциональную систему. Это ведет к усилению синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках органов, входящих в систему. В результате в них формируется структурный след адаптации. Активизируются аппараты этих клеток, выполняющие базисные функции: энергетический обмен, трансмембранный транспорт, сигнализацию. Именно этот структурный след является основой долговременной фенотипической адаптации.

134

Теория адаптации в настоящее время является одним из фундаментальных направлений современной биологии и физиологии. Адаптационная деятельность организма человека и животных не только обеспечивает выживание и эволюционное развитие, но и повседневное приспособление к изменениям окружающей среды. Теория Г. Селье [3] об общем адаптационном синдроме описывает фазовый характер адаптационных реакций и обосновывает ведущую роль истощения регуляторных систем при острых и хронических стрессорных воздействиях в развитии большинства патологических состояний и заболеваний. Система кровообращения может рассматриваться как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма, а вариабельность сердечного ритма хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем, обусловленную возникающей в ответ на любое стрессорное воздействие активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпато-адреналовой системы [2].

Функциональная система регуляции кровообращения представляет собой многоконтурную, иерархически организованную систему, в которой доминирующая роль отдельных звеньев определяется текущими потребностями организма. Наиболее простая двухконтурная модель регуляции сердечного ритма, предложенная Р.М. Баевским, основывается на кибернетическом подходе, при котором система регуляции синусового узла может быть представлена в виде двух взаимосвязанных уровней (контуров): центрального и автономного с прямой и обратной связью. Рабочими структурами автономного контура регуляции являются: синусовый узел, блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу (контур парасимпатической регуляции). Дыхательная система рассматривается как элемент обратной связи в автономном контуре регуляции сердечного ритма [1].

Деятельность центрального контура регуляции, который идентифицируется с симпатоадреналовыми влияниями на ритм сердца, связана с недыхательной синусовой аритмией и характеризуется различными медленноволновыми составляющими сердечного ритма. Прямая связь между центральным и автономным контурами осуществляется через нервные (в основном симпатические) и гуморальные связи. Обратная связь обеспечивается афферентной импульсацией с барорецепторов сердца и сосудов, хеморецепторов и обширных рецепторных зон различных органов и тканей.

Центральный контур регуляции сердечным ритмом - это сложнейшая многоуровневая система нейрогуморальной регуляции физиологических функций, которая включает в себя многочисленные звенья от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга. Структуру центрального контура можно схематично представить состоящей из трех уровней. Этим уровням соответствуют не столько анатомо-морфологические структуры мозга, сколько определенные функциональные системы или уровни регуляции:

1-й уровень обеспечивает организацию взаимодействия организма с внешней средой (адаптация организма к внешним воздействиям). К нему относится центральная нервная система, включая корковые механизмы регуляции, координирующая функциональную деятельность всех систем организма в соответствии с воздействием факторов внешней среды.

2-й уровень организует равновесие различных систем организма между собой и обеспечивает межсистемный гомеостаз. Основную роль на этом уровне играют высшие вегетативные центры (в том числе гипоталамо-гипофизарная система), обеспечивающие гормонально-вегетативный гомеостаз.

3-й уровень обеспечивает внутрисистемный гомеостаз в различных системах организма, в частности в кардиореспираторной системе (систему кровообращения и систему дыхания можно рассматривать как единую функциональную систему). Здесь ведущую роль играют подкорковые нервные центры, в частности вазомоторный центр как часть подкоркового сердечно-сосудистого центра, оказывающего стимулирующее или угнетающее действие на сердце через волокна симпатических нервов.

. Восторг. Всё вокруг новое, интересное, красивое, удобное, приятно непривычное. Конечно, на новом месте — лучше, чем на старом, иначе смысл тогда переезжать? Чувство похоже на радость от удачной покупки. Иногда обращают на себя внимание мелкие недостатки, но на них легко закрыть глаза. Появляются мечты о блестящих перспективах на новом месте.

У меня эта стадия длилась около полугода. Я знал, что ей скоро придёт конец, и сознательно старался закрепить все положительные впечатления. Много гулял, смотрел достопримечательности. Знакомился с людьми. К моему изумлению, многие из них, как и я, в своё время одни и не имея ничего за душой, приехали в большой город и добились в нём успеха. Значит, всё совсем не безнадёжно! Радовало всё: чистота на улицах, красивые здания, красивые люди, быстрое метро, ровные дороги, быстрый интернет, множество торговых точек, вся городская энергетика. Я знал, что это продлится недолго, и консервировал в себе весь позитив. Делал абсолютно правильно, и вам рекомендую. Потому что дальше наступает

2. Разочарование. Достоинства уже приелись, а на недостатки стало невозможно закрывать глаза. Всё больше мешают жить отличия нового образа жизни от старого, привычного. Это заставляет чувствовать себя покинутым. Даёт о себе знать неизбежная потеря в социальном статусе. Как правило, жить поначалу приходится не в самых приятных условиях: на городской окраине, в раздолбанной квартире или комнате. Работа тоже не радует: первые шаги — всегда трудны, и тёплое место никто бедному приезжему сразу не предложит. Да ещё и добираться до этой работы из своего унылого района приходится на забитом такими же бедолагами общественном транспорте. Как тут не взвыть? Именно на этой стадии немало приезжих «смотрят в глаза суровой реальности» и ретируются домой. Вряд ли это плохо — не всем же жить в Москве, кто тогда регионы развивать будет?

На второй стадии стоит помнить мудрое китайское изречение: «и это пройдёт». Я решил стиснуть зубы и остаться во что бы то ни стало — отступать мне некуда. Разочарование — всего лишь временная просадка. Важно это осознавать и не поддаваться эмоциям. А может ну её, эту Москву? В других городах тоже люди живут, и ничего.

3. Стабилизация. Ранее чуждые атрибуты новой жизни становятся привычными и даже приятными. Преимущества убеждают в правильности решения остаться, а к недостаткам вырабатывается философское отношение: без них ведь не бывает. Главное — пропадает ощущения себя чужим. Я — часть Москвы, моя жизнь — её жизнь. Времени становится больше, так как удалось сориентироваться в бытовых условиях и более удачно организовать тайм-менеджмент. Наступает приспособление к московскому образу жизни, который очень сильно отличается от провинциального.

4. Полная акклиматизация и натурализация. В идеале она заканчивается получением прописки, приобретением собственного столичного жилья. Это внешние признаки. А главные всё же — ощущение полной приспособленности к московской жизни. Как будто всю жизнь тут прожил. Тогда поездка на прежнее место жительства обернётся культурным шоком. Трудно поверить, что провёл там много лет.

135

.Биологическая адаптация человека — эволюционно возникшее приспособление организма человека к условиям среды, выражающееся в изменении внешних и внутренних особенностей органа, функции или всего организма к изменяющимся условиям среды. В процессе приспособления организма к новым условиям выделяют два процесса — фенотипическую или индивидуальную адаптацию, которую более правильно называть акклиматизаций (см.) и генотипическую адаптацию, осуществляемую путем естественного отбора полезных для выживания признаков. При фенотипической адаптации организм непосредственно реагирует на новую среду, что выражается в фенотипических сдвигах, компенсаторных физиологических изменениях, которые помогают организму сохранить в новых условиях равновесие со средой. При переходе к прежним условиям восстанавливается и прежнее состояние фенотипа, компенсаторные физиологические изменения исчезают. При генотипической адаптации в организме происходят глубокие морфо-физиологические сдвиги, которые передаются по наследству и закрепляются в генотипе в качестве новых наследственных характеристик популяций, этнических групп и рас.

Социальная адаптация — процесс активного приспособления индивида (группы индивидов) к социальной среде, проявляющийся в обеспечении условий, способствующих реализации его потребностей, интересов, жизненных целей. Социальная адаптация включает в себя приспособление прежде всего к условиям и характеру труда (учебы), а также к характеру межличностных отношений, экологической и культурной среде, условиям проведения досуга, быту.

Этническая адаптация —приспособление этнических групп (общностей) к природной и социально-культурной среде районов их обитания. Изучение этого процесса и связанных с ним проблем входит главным образом в задачу этнической экологии. В социально-культурной адаптации этносов много своеобразного, обусловленного языково-культурными, политическими, экономическими и другими параметрами окружающей среды.

136

Физическая деятельность Определяется, в основном, функцией мышц, к которым в процессе работы усиленно приливает кровь, обеспечивая поступление кислорода и изъятие продуктов окисления Этому способствует активная ро Оботе сердца и органов дыхания При этом происходит расход энергиигії.

По величине общих энергозатрат организма физические работы делятся на легкие (Иа, Иб), средней тяжести (IIа, II Б) и тяжелые (III) (табл 21)

К категории Иа относятся работы, выполняемые сидя и не требуют физического напряжения (профессии сферы управления, швейного и часового производства и др.)

К категории I б относятся работы, которые выполняются сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях связи, контролеры, мастера и а др.).

К категории На относятся работы, связанные с постоянным хождением, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд а профессий в прядильно-ткацком производстве, механосборочных цехах и др.).

К категории II Б относятся работы, выполняемые стоя, связанные с хождением, перемещением небольших (до 10 кг) тяжестей и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий на пред ствах машиностроения, металлургии и др.).

К категории III относятся работы, связанные с постоянными перемещениями, переносом значительных (более 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (ряд профессий с выполнением ручных опера этой на металлургических, машиностроительных, горнодобывающих предприятиях.

Чем выше категория выполняемой работы, тем больше нагрузка на опорно-мышечную, дыхательную и сердечно-сосудистую системы Так, частота сердечных сокращений, которая в состоянии покоя составляет 65-70 сокращений на х минуту, при выполнении тяжелых работ может возрастать до 150 170 Легочная вентиляция, так же как и частота сердечных сокращений, повышается параллельно росту интенсивности выполняемой работы вентиляции я легких, составляет 6-8 литров воздуха в минуту в состоянии покоя, во время тяжелой физической работы может превышать 100 литров в минуту Во время интенсивной работы происходят изменения и некоторых других ф УНКЦ организмізму.

Умственная деятельность человека Определяется, в основном, участием в трудовом процессе центральной нервной системы и органов чувств При умственной работе замедляется частота сердечных сокращений, повышает ется кровяное давление, ослабляются обменные процессы, уменьшается кровоснабжение конечностей и брюшной полости, одновременно увеличивается кровоснабжение мозга (в 8-10 раз по сравнению с состоянием покоя) Р озумова деятельность очень тесно связана с работой органов чувств, в первую очередь органов зрения и слуха сравнению с физической деятельностью при отдельных видах умственной деятельности (работа конструкторов, опера торов ЭВМ, учеников и учителей и т.п.) напряженность органов чувств возрастает в 5-10 раз Это предопределяет более жесткие требования по уровням шума, вибрации, освещенности именно при умственной деятельностиності.

Несмотря на существенные различия, разделение трудовой деятельности на физическую и умственную достаточно условный С развитием науки и техники, автоматизации и механизации трудовых процессов граница между ними все больше е сглаживаетсяя.

При интенсивной и длительной работе может наступить усталость, для которой характерно снижение работоспособности Под утомлением понимают совокупность временных изменений в физиологическом и психическом состоянии которые появляются в результате напряженной и длительной деятельности и приводят к ухудшению ее количественных и качественных показателей Усталость является защитной реакцией, направленной против истощения функционального п отенциалу организма человека После отдыха усталость исчезает, а работоспособность восстанавливается Усталость может возникнуть как при интенсивной физической, так и умственной деятельности, хотя при последней она менее заметна а особенно при выполнении любимой работы В то же время процесс контроля развития утомления при умственной деятельности сложнее, поскольку даже после окончания рабочего времени мозг человека непидсвидо мо продолжает поиск решения поставленной задачи Состояние усталости, как правило, сопровождается ощущением утомляемости - субъективным выявлением процессов, которые происходят в организме при втом втомі.

Важно чтобы усталость, накапливаясь, не перешла в переутомление, поскольку при ней возможны патологические изменения в организме человека и развитие заболеваний центральной нервной системы

137

ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ УМСТВЕННОГО И ФИЗИЧЕСКОГО ТРУДА

Физиологическая характеристика умственного труда

 

Умственный труд состоит в переработке ЦНС различных видов информации в соответствии с социальной и профессиональной направленностью индивидуума. В процессе переработки информации происходят сличение с имеющейся в памяти информацией и ее интеграция. Интеграция новой информации, с одной стороны, обогащает память, с другой — лежит в основе принятия решений, направленных на формирование творческих программ двигательных действий, бытовых, трудовых процессов. Умственная деятельность пронизывает все сферы активности человека. Ее эффективность определяется высоким функциональным состоянием нейронов ЦНС, широтой связей между ними, энергетическим обеспечением нейронов и глиальных элементов, активностью медиаторной системы, адекватным уровнем активности кровоснабжения структур мозга и гормональными влияниями.

 

Информационный компонент наиболее выражен при умственном труде. При чтении, генерировании и обдумывании идей, творчестве он составляет 100%. Умственная работа связана с деятельностью целостного мозга, участием новой, старой и древней коры, особенно сенсорного центра речи, префронтальной области, лимбической системы, а также зрительного бугра, гипоталамуса, ретикулярной формации ствола мозга, всех сенсорных систем, преимущественно зрительной. Точные механизмы взаимосвязей всего комплекса структур мозга до настоящего времени полностью не изучены. Известно, что при деструкции префронтальной зоны коры больших полушарий человек теряет способность решать сложные задачи, быстро переключаться в мыслях, четко формулировать длинные фразы, выполнять движения, которым был обучен раньше. Нарушается способность к организованному мышлению, связыванию информации в единое целое, осуществлению ответных действий при поступлении сенсорных сигналов с некоторой задержкой во времени, в течение которого происходит интеграция поступающей информации и принимается оптимальное решение. Интеллектуальные процессы, лежащие в основе умственного труда, в целом осуществляются в лобных долях коры большого мозга. Они интегрируют сложные формы целенаправленного поведения, ответственны за решение творческих задач, требующих высокой степени абстрагирования.

 

В состоянии покоя энерготраты головного мозга не велики и составляют 3 % от общего обмена. Степень увеличения энерготрат зависит от характера нервно-эмоционального напряжения при умственной работе. При чтении вслух сидя прирост составляет 48%, при чтении лекции стоя— 94%. Высокий уровень метаболических процессов в нейронах обусловливает эволюционно развившуюся надежность их кислородного обеспечения. В покое головной мозг утилизирует 20 % от общего потребления О2, что обеспечивается большой объемной скоростью кровотока в сосудах мозга, составляющей 15 % от величины минутного объема кровотока (700—800 мл). Количество открытых капилляров, оплетающих нейроны, обусловлено уровнем функциональной активности определенных структур мозга. Вопрос об увеличении общего мозгового кровотока при умственной и физической деятельности дискутируется. Доминирует точка зрения о перераспределении кровотока на фоне незначительного его увеличения за счет расширения сосудов мозга. Череп, в котором помещается головной мозг, лимитирует прирост мозгового кровотока. Максимально его величина повышается в 1,5; 4—6; 5—7 раз меньше, чем соответственно в миокарде, коже и скелетных мышцах. Перераспределительные реакции мозгового кровотока четко дифференцированы, отличаются лабильностью соответственно преимущественному участию тех или иных структур мозга в умственной деятельности. Сложный и продолжительный умственный труд сопровождается максимальным увеличением мозгового кровотока в области лобных долей коры больших полушарий, несущих наибольшую нагрузку по переработке и интегрированию информации. Здесь в разгар активной работы кровоток может увеличиваться на 30— 50 % от уровня покоя (К. П. Иванов, Е. Б. Бабский, В. А. Пастухов).

 

Экспериментально установлено, что раздражение различных рецепторов сопровождается ограниченным изменением кровоснабжения в их первичных корковых проекциях — сенсомоторной, теменной, затылочной ипсилатеральной и контралатеральной областях.

 

Локальные усиление и уменьшение кровотока в премоторных и лобных областях коры большого мозга отмечены психологами при различных психоэмоциональных раздражениях и процессе абстрактного мышления.

 

Имеется связь между уровнем кровотока, выраженностью биоэлектрической активности коры большого мозга и уровнем умственной деятельности. За 3—5 с до усиления кровотока в мозге отмечается увеличение биопотенциалов, характеризующееся приростом их амплитуды и частоты.

 

Особенностью умственного труда является переработка и интеграция огромного объема информации в условиях ограничения двигательной активности (гиподинамия), что обусловлено спецификой рабочей позы, небольшими объемами рабочих движений. Преобладание позной активности над фазной, связанной с рабочими движениями преимущественно рук, ног или их сочетания, отрицательно влияет на функциональное состояние организма. Основной причиной, снижающей уровень функционального состояния при локальной работе, является ограничение потока рефлекторной стимуляции внутренних органов, желез внутренней секреции, симпатико-адреналовой системы со стороны проприоцепторов мышц. Нельзя исключить ослабление стимулирующих влияний на внутренние органы со стороны интероцепторов, воспринимающих механические толчки при фазной активности мышц. Соответствующие механизмы снижают все виды обмена веществ.

 

Интенсификация умственного труда в эпоху научно-технического прогресса сопровождается большим нервно-эмоциональным напряжением, как правило, связанным с необходимостью переработки большого количества информации в условиях дефицита времени. Большая нагрузка на зрительную сенсорную систему вызывает ее более быстрое по сравнению с другими системами утомление. Нервно-эмоциональное напряжение в сочетаний с гипокинезией прежде всего (через l'/2—2 ч) приводит к снижению функциональной активности нервной, мышечной и сердечно-сосудистой систем. Уменьшается тонус не принимающих участие в работе мышечных групп. Вследствие снижения мышечной активности ослабляются тонус сосудов, понижается АД, резко снижается скорость кровотока, уменьшается венозный возврат крови к сердцу — все это приводит к застою крови в области нижних конечностей и в брюшной полости. Аналогичная картина развивается при переутомлении.

 

При продолжительном умственном труде в течение дня тонус работающих мышц повышается. Наблюдается ограниченное повышение тонуса мышц, не принимающих непосредственное участие в операциях (например, от работающих мышц кисти к мышцам плеча и плечевого пояса).

 

Напряженная деятельность мышц кисти, предплечья, речедвигательного аппарата приводит к повышению тонуса сосудов и артериального давления.

 

Изменение положения позвоночника, связанное со статикой различных рабочих поз, со временем приводит к нарушению осанки и другим более серьезным дефектам позвоночника типа остеохондроза, что в свою очередь отрицательно сказывается на деятельности внутренних органов грудной, брюшной и тазовой полостей.

 

Снижение энергетического обмена при умственном труде, связанном с малой двигательной активностью, при обычном питании обусловливает прибавку массы тела, что является фактором риска для многих функциональных систем организма, в первую очередь для системы кровообращения. С целью устранения факторов риска в режиме умственного труда необходимо чередовать умственную работу с организованной двигательной активностью в виде занятий физической культурой.

 

После каждого часа умственной работы в перерывах необходимо проводить «физкультминутки», «физкультпаузы», производственную гимнастику, а подбор упражнений осуществлять с учетом специфики умственного труда и связанного с ним основного двигательного компонента.

138

ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ УМСТВЕННОГО И ФИЗИЧЕСКОГО ТРУДА

Физиологическая характеристика физического труда

 

В основе физического труда в зависимости от особенностей профессии лежит активная целенаправленная двигательная деятельность человека. Она мотивирована генетическими и социальными потребностями человека и направлена на создание материальных благ для семьи, общества и др. Высшие формы мотивации создают в структурах головного мозга положительный психоэмоциональный фон, формирующий условия для эффективной реализации приобретенных в жизни трудовых двигательных навыков при различных видах физического труда. Мобилизация физиологических механизмов для выполнения физического труда происходит в соответствии с закономерностями работы функциональной системы (П. К. Анохин). Результаты труда оцениваются высшими отделами мозга на основе обратных связей. Характер физического труда человека весьма разнообразен и специфичен. Систематические занятия одним и тем же видом труда формируют в коре больших полушарий трудовой динамический стереотип, включающий рабочие двигательные навыки. Кроме моторного, двигательный навык имеет вегетативный компонент, обеспечивающий эффективную реализацию двигательного навыка за счет реакции перераспределения крови в пользу кровоснабжения и кислородного обеспечения работающих мышечных групп. В связи с этим большинство трудовых процессов выполняется экономично на уровне автоматизма, однако корковый сознательный контроль при этом никогда не отключается.

 

Преобладание двигательного компонента при физической работе над информационным определяет большие энергетические затраты организма на ее выполнение. Особенно большие энерготраты возникают при тяжелой физической работе с участием почти всех скелетных мышц. Такие виды физического труда встречаются в сельском хозяйстве, монтажных работах на высоте, литейных цехах, во время занятий спортом, связанным с метательными движениями, и др. При такой работе в ЦНС возникает мощный поток афферентных импульсов, рефлекторно активизирующих системы жизнеобеспечения и усиливающий корригирующие и трофические влияния ЦНС на органы и ткани.

 

Повышение обмена веществ при физической работе происходит градуально ее тяжести и сопровождается увеличением теплообразования и теплоотдачи. Процесс теплообразования опережает процесс теплоотдачи, что способствует повышению температуры тела.

 

При длительной напряженной работе (2 ч и более) температура тела увеличивается на 2—3 °С. Например, при беге на марафонские дистанции температура тела бегуна может достигать 39,5 °С.

 

Нарушение температурного гомеостаза в таких пределах может привести к резкому снижению физической работоспособности, тепловому удару, другим осложнениям, связанным с воздействием комплекса факторов внешней среды (таких, как температура, влажность).

 

Механизм усиления теплоотдачи состоит в увеличении потоотделения и потоиспарения, в расширении кожных сосудов под влиянием рефлекторных влияний и местных факторов (повышенная температура, наличие в крови недоокисленных продуктов обмена), а также гормонов (в том числе женских половых), способствующих расширению кожных капилляров. Интенсификация окислительно-восстановительных процессов при физической работе сопровождается накоплением в тканях, крови продуктов обмена (СО2, молочной кислоты, АМФ, мочевины, креатинина). Выведение продуктов распада почками в этих условиях ограничено за счет рефлекторного уменьшения кровообращения в почках при физической работе. Недостаточная выделительная функция почек компенсируется увеличением функции потовых желез. В условиях ограничения кровоснабжения почек развивается гипоксия почечной ткани, в результате чего изменяется количественный и качественный состав мочи в виде олигурии и протеинурии. Особенно выражены эти изменения у лиц, систематически занимающихся физической культурой.

 

Технизация производственных процессов в современных условиях во многом освободила человека от больших энергетических затрат и перевела его на операторскую деятельность, связанную с управлением машинами и механизмами.

 

Соблюдение стандартных норм и режимов физического труда оздоравливает человека. Одной из причин этого является удовлетворение генетической потребности организма человека в движениях (М. Р. Могендович), которая может реализоваться в виде спонтанной двигательной активности или в физическом труде. Физический труд способствует накоплению биоэнергетического потенциала организма, повышает умственную и физическую работоспособность за счет увеличения мощности и экономичности деятельности внутренних органов, оптимизации нервных и гормональных регуляций, координированного взаимодействия различных функциональных систем.

139

2.1. Физиологические особенности различных видов деятельности

Важное значение с точки зрения физиологии труда имеет изучение протекания

психических и физиологических процессов во время трудовой деятельности

человека, которую можно условно разделить на физическую и умственную.

Физическая деятельность определяется в основном работой мышц, к которым в

процессе работы усиленно приплывает кровь, обеспечивая поступление

кислорода и изъятие продуктов окисления. Этому содействует активная работа

сердца и органов дыхания. В процессе работы происходит расход энергии По

величине энергозатрат работы подразделяют на три категории -

Легкие - относятся работы, выполняемые сидя и сопровождающиеся

незначительным физическим напряжением (профессии сферы управления,

швейного и часового производства).

Средней тяжести - относятся работы, связанные с ходьбой и перемещением

грузов массой до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением

(ряд профессий машиностроения, металлургии).

Тяжелые - относятся работы, связанные с постоянными передвижениями,

перемещением и переноской значительных (более 10 кг) тяжестей и требующие

значительных физических усилий (ряд профессий с выполнением ручных

операций металлургических, машиностроительных предприятий).

Чем выше категория выполняемой работы, тем больше нагрузка на

опорно-двигательную, дыхательную и сердечно-сосудистую системы.

Умственная деятельность человека определяется в основном участием в

трудовом процессе центральной нервной системы и органов чувств. При

умственной работе уменьшается частота сердечных сокращений, повышается

кровяное давление, ослабляются обменные процессы, уменьшается обеспечение

кровью конечностей и брюшной полости, в то же время увеличивается

поступление крови в мозг (в 8—10 раз по сравнению с состоянием покоя).

Умственная деятельность очень тесно связана с работой органов чувств, в

первую очередь органов зрения и слуха. По сравнению с физической

деятельностью в отдельных видах умственной деятельности (работа

конструкторов, операторов ЭВМ, учащихся и учителей) напряженность органов

чувств увеличивается в 5—10 раз. Это предопределяет более жесткие

требования к нормированию уровней шума, вибрации, освещенности именно при

умственной деятельности.

При интенсивной и продолжительной работе может наступить утомление, для

которого характерным является снижение работоспособности. Под утомлением

понимают совокупность временных изменений в физиологическом и психическом

состоянии человека, развивающихся в результате напряженной и

продолжительной деятельности и ведущих к ухудшению ее количественных и

качественных показателей. Утомление является защитной реакцией, которая

направлена против истощения функционального потенциала организма человека.

После отдыха утомление исчезает, а работоспособность восстанавливается.

Утомление может возникнуть как при интенсивной физической, так и при

умственной деятельности, хотя при последней оно менее заметно.

140

• врабатывание или нарастающая работоспособность, в течение которой происходит перестройка физиологических функций от предшествующего вида деятельности человека к производственной (от нескольких минут до 1,5 часов);

• устойчивая работоспособность характеризующаяся тем, что в организме человека устанавливается относительная стабильность или даже некоторое снижение напряженности физиологических функций. Это состояние сочетается с высокими трудовыми показателями: увеличение выработки, уменьшение брака, снижение затрат рабочего времени на выполнение операций, сокращение простоев оборудования, ошибочных действий (может удерживаться в течение 2–2,5 и более часов);

• падение работоспособности характеризуется ухудшением функционального состояния организма и показателей его трудовой деятельности (от нескольких минут до 1–1,5 часов).

Для динамики работоспособности человека на протяжении суток, недели характерна та же закономерность, что и для работоспособности в течение смены. Наивысший уровень работоспособности отмечается в утренние и дневные часы: с 8 до 12 часов первой половины дня и с 14 до 16 часов второй. В вечерние часы работоспособность понижается, достигая своего минимума ночью.

В первые дни недели работоспособность постепенно увеличивается в связи с постепенным вхождением в работу; достигая наивысшего уровня на третий день, постепенно снижается, резко падая к последнему дню рабочей недели.

Для сохранения здоровья и обеспечения высокой работоспособности каждому работающему предоставляется ежегодный отпуск.

141

На первой стадии утомления появляется относительно слабое чувство усталости. Производительность труда не падает или падает незначительно. Однако нельзя считать, что если субъективное переживание - чувство усталости - не сопровождается понижением производительности, то это переживание не имеет никакого значения. Чувство усталости появляется нередко тогда, когда человек, несмотря на тяжелую изнурительную работу, субъективно чувствует себя вполне работоспособным. Причиной тому могут быть повышен­ный интерес к работе, особое ее стимулирование, волевой импульс. Находясь в таком состоянии сопротивления утомлению, человек в одних случаях действительно его преодолевает и не снижает производительности труда, а в других случаях это состояние может привести к своеобразному «взрыву» переутомления, который часто имеет разрушительную (для работоспособности) силу.

На второй стадии утомления понижение производительности становится заметным и все более угрожающим, причем часто это понижение относится только к качеству, а не к количеству выработки.

Третья стадия характеризуется острым переживанием утомления, которое принимает форму переутомления. Кривая работы или резко снижается, или же принимает «лихорадочную» форму, отражающую попытки человека сохранить должный темп работы, который на данной стадии утомления может даже ускоряться, но оказывается неустойчивым. В конце концов рабочие действия могут быть так дезорганизованы, что человек будет не в состоянии продолжать работу, переживая при этом болезненное состояние.

Интересен вопрос об индивидуальной подверженности утомлению. Многие исследователи говорят о ее существовании. Так С. М. Архангельский отмечает, что нарастание утомления и его конечная величина зависят от ряда условий:

1) от индивидуальных особенностей рабочего;

2) от обстоятельств протекания работы;

3) от качества выполняемой работы;

4) особенностей трудового режима и т. д.

Как мы видим, на первое место он ставит именно индивидуальные особенности рабочего.

Н. Д. Левитов считает, что подверженность утомлению зависит от таких индивидуальных особенностей человека, как физическое развитие и состояние здоровья, возраст, интерес и мотивация (процесс или состояние стимули­рования на деятельность, направленную на достижение определенных целей), волевые черты характера. От такого рода индивидуальных особенностей зависит и то, как переживает человек утомление и как справляется с ним на разных его стадиях.

      Различают физиологическое и психическое утомление. Физиологическое утомление выражает, прежде всего, воздействие на нервную систему продуктов разложения, освобождающихся в результате двигательно-мускульной деятельности, а второе – состояние перегруженности самой центральной нервной системы. Обычно они взаимно переплетаются и психическое утомление предшествует физиологическому.

142

Этот метод был разработан в 1942 г. в лаборатории утомления Гарвардского университета. С помощью гарвардского степ-теста количественно оцениваются восстановительные процессы после дозированной мышечной работы. От ранее известных функциональных проб степ-тест отличается как характером выполняемой испытуемым нагрузки, так и формой учета результатов тестирования.

Методика проведения теста. Физическая нагрузка задается в виде восхождений на ступеньку. Высота ступеньки и время выполнения теста зависят от пола, возраста и физического развития испытуемого. Испытуемому предлагается на протяжении 5 мин совершать восхождение на ступеньку с частотой 30 раз в 1 мин. Каждое восхождение и спуск складываются из четырех двигательных компонентов:

1. — испытуемый встает на ступеньку одной ногой;

2. — испытуемый встает на ступеньку двумя ногами, принимая строго вертикальное положение;

3. — испытуемый ставит назад на пол ногу, с которой начал восхождение;

4. — испытуемый опускает на пол другую ногу.

Динамометрия — метод измерения силы сокращения различных мышечных групп. Для динамометрии существуют различного типа динамометры. Наиболее распространен пружинный динамометр (рис.1). Испытуемый сжимает его кистью вытянутой руки. Сила сжатия указывается стрелкой на специальной шкале. Другая модификация — динамометр Штернберга (рис. 2), имеющий   две  широкие  параллельные ручки, которые испытуемый также сжимает кистью. Существуют ртутные динамометры (рис. 3), в которых сила давления на датчик определяется с помощью ртутного манометра. Разновидность динамометрии — динамография — метод, позволяющий регистрировать силу сокращения мышц графически в виде серии кривых. Этот способ отражает динамику длительного мышечного усилия определенной группы мышц. Динамометрию применяют в антропологии, антропометрии, невропатологии, курортологии и т. д

143

ИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ (биоритмы), периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов, свойственных живым организмам. Иначе говоря, это «повторение подобного в подобных промежутках времени». Биологические ритмы свойственны растениям, животным, человеку. Проявляются на всех уровнях организации жизни: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, организменном, популяционно-видовом, биоценотическом и биосферном. Подразделяются на экзогенные, возникающие в организмах в ответ на космические, геофизические и иные колебания, происходящие в окружающей среде (напр., колебания численности популяции, связанные с ритмами активности Солнца), и эндогенные, генерируемые самим организмом (сердечные, дыхательные и др.). Физиологические биоритмы меняют свои параметры (частоту, силу) в зависимости от состояния организма (возраста, болезней и пр.). Экологические биоритмы зависят от циклических изменений среды и относительно стабильны. Более того, они могут сохраняться, если животное оказывается в иных условиях, напр. беспозвоночные литорали сохраняют ритм прилива-отлива, находясь в аквариуме с постоянным уровнем воды и стабильными показателями её солёности и температуры. Среди экологических ритмов различают: годичные с периодом от 10 до 13 мес., лунные с периодами 29,53 сут и 24,8—12,4 ч (приливные), суточные солнечные (24 ч). Биоритмы животных и человека генерируются группой особых клеток-пейсмекеров, или ритмоводителей (часто их называют биологическими часами). Располагаются они в различных органах, напр. у медуз – в ропалиях (органах чувств), у ракообразных – в основании стебельчатых глаз. У млекопитающих, в т. ч. человека, существуют несколько центров ритма, напр. в области сердца, промежуточного и продолговатого мозга. У человека биоритмы в зависимости от периода колебаний подразделяются на высокочастотные (от секунды до получаса), средней частоты (от получаса до 28 ч), низкой частоты (недели, месяцы, годы). Примером биоритмических колебаний высокой частоты служат ритмы дыхания, сердечных сокращений и др. Биоритмы средней частоты (с интервалом от 1,5 ч до 3 ч) отмечаются как у новорождённых, у которых каждые 90 мин активность сменяется состоянием покоя, так и у взрослых – с такой периодичностью происходит чередование стадий сна, а во время бодрствования работоспособность сменяется расслаблением. Ритмам с периодом в 20–28 ч соответствуют колебания температуры, пульса, артериального давления, освобождения кишечника. В основе выделения биоритмов низкой частоты лежат чётко регистрируемые колебания к.-л. функционального показателя. Напр., недельному ритму соответствует уровень накопления в крови некоторых гормонов, месячному – менструальный цикл у женщин, сезонному – продолжительность сна. Изучение и поддержание установившихся ритмов жизнедеятельности человека важно для рациональной организации труда и отдыха, что особенно актуально для лиц, работающих в разные смены, проживающих в условиях Крайнего Севера, при перелёте нескольких часовых поясов. Большое внимание учёные уделяют т. н. расчётным низкочастотным ритмам – физическому с периодом в 23 дня, эмоциональному – в 28 дней и интеллектуальному – в 33 дня. Эти ритмы «запускаются» в момент рождения и сохраняются затем с удивительным постоянством в течение всей жизни. Первая половина периода каждого ритма характеризуется нарастанием, вторая – спадом физической, эмоциональной и интеллектуальной активности.

144

Биоритмы человека и его жизнедеятельность

Человек, как биологический объект, подвержен влиянию биологических ритмов в полной мере. Биоритмы воздействуют на все аспекты его жизнедеятельности: активность, выносливость, уровень иммунитета, мыслительные способности и прочие качества. Согласно биоритмике, наиболее значимыми для человека являются физический, эмоциональный и интеллектуальный биологические ритмы. Каждый из них проходит через три различные фазы, определяющих высокий, низкий и критический уровни биоритма и общее состояние человека.

Высокий уровень: как правило, свидетельствует о пике таких возможностей организма как жизненная сила, выносливость, острота зрения, сексуальное влечение, эмоциональное возбуждение, острота переживаний, способности к запоминанию, интуиции и т.п. Степень проявления этих качеств зависит от ситуации и обстоятельств. Так, высокий эмоциональный цикл может сигнализировать о периоде творческой активности актера или художника, подобно высокому уровню в физическом цикле спортсмена. С другой стороны, высокое эмоциональное состояние в условиях, требующих спокойствия, может привести к стрессу и проблемам. Например, в такие дни профессионального водителя может потянуть на «лихачество» и неосторожное поведение на дороге.

Низкий уровень: общая характеристика низких значений биоритма не обязательно прямо противоположна их максимуму и не должна рассматриваться как нечто «плохое» или негативное. Такие дни предполагают более низкий уровень потенциальной энергии и их следует использовать для отдыха и восстановления жизненных сил.

Критические дни: в общем, календарь критических дней основан на паре ключевых слов: отклонение и нестабильность. Здесь «отклонение» следует понимать как «уход от стандарта». Исследования биоритмов указывают, что в критические дни часты случаи, когда поведение человека и его действия отличаются от обычных для него. Пример: обычно вежливый человек внезапно становится вспыльчивым и грубым с окружающими в критический день эмоционального биоритма. Еще пример: энергичный и харизматичный человек, этакий «живчик», вдруг становится вялым и жалуется на усталость в критической день его физического биоритма.

Так, с точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют:

Адаптивные ритмы (собственно биоритмы) – колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам, роль которых заключается в адаптации организма к периодическим изменениям внешней среды. Их частота стабильна.

Физиологические (рабочие ритмы) – колебания, отражающие деятельность физиологических систем организма. Их частота сильно варьирует в зависимости от состояния организма.

По природе возникновения:

Экзогенные ритмы – возникают как реакция на периодические изменения окружающей среды.

Эндогенные ритмы – возникают на основе саморегулирующихся процессов с запаздывающей обратной связью, при этом они подвержены воздействиям внешней среды, которые могут сдвигать фазу биоритмов и воздействовать на их амплитуду.

По уровням организации биосистемы:

клеточный

органный

организменный

популяционный

биосферный

По частоте:

1. Ритмы высокой частоты (доли секунды — 30 минут)

2. Ритмы средней частоты (30 минут — 28 ч):

3. Мезоритмы (28 ч — 7 суток)

4. Макроритмы (20 дней — 1 год)

5. Мегаритмы (десятки лет)