Оценка эмоционального напряжения у мужчин с различным уровнем физической активности в условиях когнитивной нагрузки
Автор: Сиваченко Иван Борисович, Медведев Дмитрий Станиславович, Павлова Анна Николаевна
Журнал: Психология. Психофизиология @jpps-susu
Рубрика: Психофизиология
Статья в выпуске: 1 т.13, 2020 года.
Бесплатный доступ
Обоснование. Ввиду непрерывного возрастания значения информационных технологий во всех сферах жизни общества становится крайне актуальной проблема влияния на человека значительных когнитивных нагрузок, предшествующих формированию информационного стресса. В статье представлен анализ результатов исследований устойчивости к когнитивным нагрузкам мужчин с различным уровнем физической активности, выполненных в 2018-2019 гг. Цель: оценить динамику психофизиологических реакций у мужчин с различным уровнем физической активности в условиях значительной когнитивной нагрузки. Материалы и методы. Оценка степени напряжения регуляторных механизмов проводилась с использованием расчетного индекса функциональных изменений. Моделируемая ситуация нагрузки заключалась в выполнении заданий Горбова - Шульте в условиях дефицита времени, повышенной мотивации и влияния помех. Осуществлялась непрерывная регистрация показателей состояния сосудистого тонуса и кровенаполнения сосудов, частоты сердечных сокращений, электрической активности кожи. Результаты. Установлено, что различный уровень вовлеченности в физкультурно-спортивную деятельность специфически связан с показателями адаптации человека к условиям значительной когнитивной нагрузки. Динамика электрической активности кожи, частоты сердечных сокращений, состояния сосудистого тонуса и кровенаполнения сосудов у лиц с умеренной физической активностью отражает оптимальные реакции на предъявляемые условия нагрузки. Заключение. Лица, систематически занимающиеся физической культурой, в данных условиях имеют более высокий адаптационный потенциал сосудистого звена сердечно-сосудистой системы в сравнении с профессиональными спортсменами и не занимающимися физической культурой и спортом.
Уровень физической активности, когнитивная нагрузка, адаптация, информационный стресс
Короткий адрес: https://sciup.org/147234156
IDR: 147234156 | DOI: 10.14529/jpps200112
Текст научной статьи Оценка эмоционального напряжения у мужчин с различным уровнем физической активности в условиях когнитивной нагрузки
В последнее время отмечается непрерывное возрастание значения информационных технологий в социальной и профессиональной сферах жизни общества. Фактор информационной нагрузки приобретает глобальный характер, что приводит к снижению уровня здоровья и работоспособности. В связи с этим обосновано выделение отдельного явления – информационного стресса, возникающего в результате значительных когнитивных нагрузок.
Любая умственная деятельность человека практически сопровождается определенной степенью эмоционального напряжения (Матюхин, 1994; Климов, 2012). Отклонение физиологических коррелятов эмоционального напряжения от оптимального уровня влечет за собой увеличение энергозатрат организма и снижение эффективности работы.
В научных исследованиях отмечается рост интереса к изучению возможности повышения устойчивости человека к когнитивным нагрузкам за счет механизмов физической активности (Roth, 1987; Сиваченко с со-авт., 2019). Показано, что физические занятия способствуют оптимизации энергозатрат в сложных и экстремальных ситуациях (Grews, 2004; Etnier, 2006). Однако физическая активность на уровне спорта существенно отличается от физической культуры. Принципиальные их различия ставят под сомнение очерченный в исследовательских работах (Зеленина с соавт., 2009) линейный характер взаимосвязи между уровнем физической активности и устойчивостью к когнитивной нагрузке.
Цель исследования: оценить динамику психофизиологических реакций у мужчин с различным уровнем физической активности в условиях значительной когнитивной нагрузки.
Материалы и методы
В исследовании приняли участие 214 практически здоровых мужчин (студенты различных вузов города, в том числе спортивных кафедр) в возрасте 20–30 лет. Уровень физической активности испытуемых определялся на основании анкетирования и результатов оценки переносимости нагрузки аэробной мощности на беговой дорожке «Intertrack-750» Schiller AG, Швейцария. Для оценки интенсивности использования приемов психической саморегуляции использовался опросник Романцевой «Методы выбора способов саморегуляции на экзамене». Психологическое состояние участников на момент исследования оценивалось тестами «Самочувствие, активность, настроение» (САН) и «Интегративный тест тревожности».
Методика воздействия когнитивной нагрузки заключалась в выполнении заданий Горбова – Шульте (предусматривающего трехкратное предъявление таблиц 7×7 квадра-тов1) в условиях дефицита времени, повышенной мотивации (моделировался процесс соревнования) и влияния помех (метронома с частотой 1 стук в секунду). Устойчивость к нагрузке оценивалась на основании динамики физиологических коррелятов эмоционального напряжения: показателей фотоплетизмографии (ФПГ) – состояния сосудистого тонуса и кровенаполнения сосудов, частоты сердечных сокращений (ЧСС), электрической активности кожи (КПр). Непрерывная регистрация указанных показателей осуществлялась посредством съема с датчиков автономного блока испытуемого АБП-4 аппаратно-программного комплекса «Эгоскоп» (Медиком МТД, Таганрог). Для оценки степени напряжения регуляторных механизмов использовался расчетный индекс функциональных изменений (соотношение значения показателя на этапах выполнения заданий и значений исходного уровня). Данный индекс вычислялся отдельно для каждого этапа методики и в среднем по 3 этапам нагрузки и пауз.
Результаты
Разработанная и апробированная ранее модель воздействия когнитивной нагрузки (Сиваченко с соавт., 2019) позволила оценить динамику физиологических реакций, характеризующих уровень эмоционального напряжения у 218 участников привлеченной к исследованию выборки (124 человека, которые прошли методику когнитивной нагрузки, и 94 человека группы контроля). В табл. 1 представлены итоговые средние значения физиологических коррелятов эмоционального напряжения по результатам исследований, проведенных в 2018 и 2019 гг.
Для проведения оценки показателей эмоционального напряжения в условиях значительной когнитивной нагрузки факторов у лиц с различным уровнем физической активности вся основная группа (124 человека) была разделена по степени вовлеченности в физкультурно-спортивную сферу деятельности. Сформированы три группы: занимающиеся профессиональным спортом (ПС), занимающиеся физической культурой (ФК), не занимающиеся физической культурой и спортом (ФКиС). Краткие обобщенные характеристики выделенных групп представлены в табл. 2.
Разделение по группам проводилось на основании результатов анкетирования. Корректность распределения участников подтверждена результатами объективной оценки их физических возможностей переносить нагрузки аэробной мощности.
В табл. 3 представлены итоговые средние значения физиологических коррелятов эмоционального напряжения у лиц с различным уровнем физической активности по результатам исследований, проведенных в 2018 и 2019 гг.
Обсуждение
Тенденция увеличения времени медленного кровенаполнения сосудов (ВМКН) в процессе выполнения тестовых заданий у лиц основной группы свидетельствует о высокой эластичности стенок сосудов и адаптационных возможностях работы сердечнососудистой системы в условиях значительной когнитивной нагрузки. Относительно группы контроля указанный адаптационный потенциал не столь выражен. Прослеживаемая тенденция к снижению времени распространения пульсовой волны (ВРПВ) на этапе первой паузы между заданиями может сигнализиро-
Таблица 1
Table 1
Средние значения физиологических показателей на этапах выполнения методики когнитивной нагрузки по результатам исследований, проведенных в 2018 и 2019 гг.
The average values of physiological indicators during the cognitive load test according to the results obtained in 2018 and 2019
Отсутствие четко выраженного направления тренда по показателям ФПГ, возможно, не связано со статистической высокой вариативностью значений. Регуляторная система человека включает в себя механизмы разного уровня и скорости регуляции (Гаврилова, 2014). Показатели ФПГ обладают слабой надежностью при больших интервалах измерения, однако крайне реактивны и чувствительны, что может стать основой каскада краткосрочных 104
регуляторных ответов на изменения в являемой нагрузке. Можно предположить, что нестабильные колебания показателей ФПГ в границах узкого канала формирует хорошо оптимизированная система баланса краткосрочного напряжения – восстановления, обусловленная гибкостью и подвижностью системы сердечно-сосудистой регуляции.
Наиболее информативными в исследовании оказались показатели ЧСС и КПр.
Усложнение тестовых заданий, а также ступенчатый характер предъявляемой нагрузки
Таблица 2
Table 2
Характеристика / группа Characteristic / group |
Занимающиеся ПС, чел. Athletes, number of people (n = 52) |
Занимающиеся ФК, чел. PE group, number of people (n = 41) |
Не занимающиеся ФКиС, чел. Not engaged in PE, number of people (n = 31) |
|
Уровень физической активности Physical activity |
Высокая интенсивность тренировок, 3–6 и более раз в неделю с целью спортивных достижений High intensity training 3–6 or more times a week for performance enhancement |
Умеренная интенсивность тренировок, не более 2 раз в неделю с целью поддержания «хорошей» физической формы, оздоровления Moderate training intensity of not more than 2 times a week to stay fit and healthy |
Низкая интенсивность ситуативных занятий, менее 1 раза в неделю с целью активного отдыха и развлечения Low intensity exercises less than 1 time per week for entertainment and recreational purposes |
|
Квалификация Qualification |
98,1 % – наличие спортивного разряда (включая 42,3 % – МС) 98.1 % have a sports title (including 42.3 % – Master of Sports) |
48,8 % – наличие спортивного разряда от КМС (19,5 %) до 2го взр. разряда 48.8 % have a sports title of the Candidate for Master of Sports (19.5 %) or 2nd senior category |
93,5 % участников без спортивного разряда 93.5 % of participants without a sports title |
|
Физические показатели на беговой дорожке (достоверные различия) Treadmill data (significant differences) |
Наибольшие значения мощности, выполненной работы и времени выполнения нагрузки The highest values of power, work performed and load execution time |
Средние значения мощности, выполненной работы и времени выполнения нагрузки The average values of power, work performed and load execution time |
Наименьшие значения мощности, выполненной работы и времени выполнения нагрузки The lowest values of power, work performed and load execution time |
|
Психологическое состояние участников Psychological status of participants |
По показателям самочувствия, активности, настроения средние значения выше 5,0 баллов, что свидетельствует о высоком уровне составляющих функционального психоэмоционального состояния. Уровень ситуативной тревожности также не выходит за границы нормы (ниже 3,0 баллов). Достоверных различий между группами не выявлено According to the indicators of well-being, activity, mood, average values are higher than 5.0 points, which indicates a high functional psycho-emotional status. The level of situational anxiety also does not go beyond the norm (below 3.0 points). No significant differences between the groups were revealed |
|||
Используемые методы произвольной саморегуляции Self-regulation methods |
Чаще используют методы саморегуляции; в основном конструктивные – логического понимания ситуации, управление дыханием Self-regulation methods are mostly used. These are mostly constructive methods such as a logical understanding of the situation, breath control, etc. |
Реже используют методы саморегуляции; высокая избирательность методов, предпочитаемые методы – анализ собственного состояния Self-regulation methods are used less frequently; high selectivity of methods, preferred methods are those aimed at the analysis of one's own state of mind |
В меньшей степени используют методы саморегуляции; не используют методы анализа собственного состояния Methods of self-regulation are used to a lesser extent; methods aimed at the analysis of one's own state of mind are not used |
Обобщенные характеристики выделенных групп
Generalized characteristics of the selected groups
позволили оценить степень мобилизации организма испытуемых, вовлечение физиологических и энергетических ресурсов в процессе выполнения методики. Значительное превышение расчетного индекса функциональных изменений в среднем на этапах пауз относительно этапов нагрузки по показателю КПр (на 6,7 %) свидетельствует об увеличении активности процессов централизации регуляторных механизмов. Усиление контроля со стороны более высокоорганизованных нейрональных структур (ядра ствола мозга, гипоталамуса и коры головного мозга) повышают физиологическую «цену» деятельности (Гаврилова, 2014; Баевский, 1999). Значительный рост электрической проводимости кожи на этапе выполнения третьего и самого сложного задания (резкое расширение коридора изменений относительных величин КПр в 2,1 раза) может быть обусловлен быстрой выработкой
Таблица 3
Table 3
Средние значения физиологических показателей у лиц с различным уровнем физической активности по результатам исследований, проведенных в 2018 и 2019 гг.
The average values of physiological indicators according to the results obtained in 2018 and 2019
Резкое повышение ЧСС (на 6,9 %) на этапе выполнения первого тестового задания характеризует отчетливый переход с управления автономного контура регуляции организма испытуемых основной группы на высший – центральный контур. На данном этапе первостепенным является процесс мобилизации человека к выполнению поставленной задачи. Последующее несильное увеличение показателя характеризует адаптационные реакции со стороны сердечнососудистой системы, процесс балансирования расхода – пополнения ресурсов, поиска оптимального режима регуляции. Однако резкое увеличение ЧСС на этапе выполнения третьего задания (на 5,3 %) характеризует процесс максимального вовлечения симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции организма. При этом значительное снижение ЧСС (на 6,5 %) на этапе завершения свидетельствует о выраженной стадии восстановления.
Таким образом, оценка динамики ЧСС и КПр позволяет охарактеризовать уровень мобилизации организма, превалирующее влияние парасимпатического или симпатического отделов вегетативной нервной системы, процесс централизации регуляции, уровень активизации гормонального гомеостаза, вовлечение энергетических ресурсов.
Полученные результаты согласуются с данными А.С. Климова и соавторов относительно динамики средних значений, регистрируемых во время проведения процедуры стресс-тестирования физиологических параметров (Климов с соавт., 2012). Автор отмечал увеличение ЧСС на первых этапах тестирования, постепенное увеличение средних значений в процессе чередования этапов нагрузка – отдых и максимальные значения в момент финального предъявления воздействия (электростимуляция). На стадии завершения прохождения методики также показано значительное восстановление ЧСС практически до исходных значений. Схожесть динамики функциональных изменений наших данных и А.С. Климова обнаруживается также в наличии двух ключевых этапов: пиковые значения ФПГ, реакции дыхания и кожногальванической реакции – на стадии подго- товки к первому заданию и выполнения третьего задания.
Результаты оценки психологического состояния лиц в выделенных по уровню физической активности группах свидетельствуют об отсутствии признаков нарушений в состоянии испытуемых на момент исследования. Группы не отличались по показателям тревожности, самочувствия, активности и настроения между собой, что является основой корректности и объективности анализа результатов оценки динамики физиологических компонентов психического состояния.
Различные процессы, протекающие в организме человека (прежде всего психические), при развитии утомления в условиях значительной когнитивной нагрузки нарушаются не одновременно. Начальными проявлениями утомления является снижение показателей тех процессов, которые не играют решающей роли в конкретной профессиональной деятельности (Егоров с соавт., 1985). Неодновременное снижение различных показателей функционального состояния организма объясняется перераспределением уровней активности между функциями центральной нервной системы и их отдельными характеристиками. Такое перераспределение рассматривается как одно из качеств саморегуляции, которая обусловливает формирование эмоционального напряжения в процессе умственной деятельности. Высокое эмоциональное напряжение сопровождается снижением роли перераспределения уровней активности между функциями центральной нервной системы и их характеристиками (Матюхин, 1994).
Увеличение ВРПВ, а также ВМКН (на 14,0 %) сосудов в процессе выполнения тестовых заданий у лиц группы «занимающиеся ФК» свидетельствует о более высоком уровне адаптационных возможностей работы сердечно-сосудистой системы в условиях когнитивной нагрузки по сравнению с лицами других групп. Прослеживаемая тенденция к снижению указанных показателей перед выполнением задания может свидетельствовать об изменении функционального состояния, расслаблении организма перед последующим краткосрочным увеличением общего тонуса.
Динамика значений ЧСС у участников, занимающихся ФК, также свидетельствует о невысоком уровне эмоционального напряжения. Можно выделить активную стадию преобладания компонента расслабления в систе- ме вегетативной регуляции у участников данной группы на этапе выполнения второго тестового задания и в последующей паузе. Отмечено снижение ЧСС (на 12,6 %) на этапе завершения теста практически до исходных значений. Указанные особенности динамики ЧСС в группе «занимающиеся ФК» могут быть обусловлены присущими оптимальными адаптационными процессами, в основе которых лежит гибкая и подвижная система перестройки с автономного контура регуляции на более централизованные механизмы. Процесс активации функциональных ресурсов, оцениваемый по динамике ЧСС, в группе спортсменов на этапе подготовки к выполнению первого задания характеризует кратковременные высокие энергозатраты. Максимальное вовлечение ресурсов организма спортсменов способствует результативности, что соответствует привычной деятельности соревнования, однако является энергозатратным. Изменение значений ЧСС на протяжении теста указывают на «допустимое» напряжение регуляторных механизмов. Такие изменения являются возможными проявлениями хронического утомления (Медведев с соавт., 1970; Копанев, 1987; Мойкин с соавт., 1987). Полученные результаты согласуются с отмеченным в физиологии труда положением, согласно которому при наступающем утомлении человек благодаря волевому усилию, мобилизующему функциональные резервы организма, может более или менее длительное время поддерживать заданный или необходимый уровень работоспособности (Медведев с соавт., 1970; Smelik P.G., 1987; Isard G.E., 1993).
Сравнивая выделенные группы участников по максимальным значениям ЧСС в процессе выполнения теста, индексу функциональных изменений, диапазону изменения средних значений, отмечено, что группа лиц, не занимающихся ФКиС, характеризуется непрерывным возрастанием степени напряжения регуляторных механизмов.
Указанные в группах отличия значений КПр свидетельствуют о более высоком уровне эмоционального напряжения в условиях значительной когнитивной нагрузки у обследованных лиц, не занимающихся ФКиС. При этом наблюдаемая динамика значений показателя характеризует нарастание напряжения. Индекс функциональных изменений отражает уровень «допустимой мобилизации» функциональных резервов. Увеличение расчетного индекса от первого этапа к завершению теста на 10,5 % свидетельствует об увеличении напряжения регуляторных механизмов. В остальных двух группах выявленный эффект менее выражен. Регуляция частоты сердечных сокращений и электрической активности кожи у лиц, не занимающихся физическими тренировками, в ситуации предъявления когнитивной нагрузки среди трех групп отмечена как «неоптимальная». В свою очередь динамика показателя в группе «занимающиеся ФК» характеризовалась значительным периодом восстановления (изменение значений КПр в диапазоне 1 % вплоть до периода второй паузы). И только на этапе попеременного выбора чисел регуляторные системы организма начинают реагировать активизацией и использованием ресурсов на предъявляемую нагрузку.
Заключение
Выявленные изменения физиологических коррелятов эмоционального напряжения (электрической активности кожи, частоты сердечных сокращений, состояния сосудистого тонуса и кровенаполнения сосудов) в условиях значительной когнитивной нагрузки не находятся в прямой зависимости от степени тренированности человека.
Динамика указанных коррелятов эмоционального напряжения у квалифицированных спортсменов характеризуется более выраженными краткосрочными энергозатратными реакциями на предъявляемые условия когнитивной нагрузки, чем у лиц, занимающихся умеренной физической нагрузкой.
Лица, систематически занимающиеся физической культурой, в условиях значительной когнитивной нагрузки имеют более высокий адаптационный потенциал сосудистого звена сердечно-сосудистой системы в сравнении с профессиональными спортсменами и не занимающимися физической культурой и спортом.
Список литературы Оценка эмоционального напряжения у мужчин с различным уровнем физической активности в условиях когнитивной нагрузки
- Баевский, Р.М. Научно-теоретические основы использования анализа вариабельности сердечного ритма для оценки степени напряжения регуляторных систем организма /Р.М. Баевский // Компьютерная электрокардиография на рубеже XX-XXI столетий: тез. междунар. симп. - М., 1999. - С. 116.
- Гаврилова, Е.А. Ритмокардиография в спорте: монография / Е.А. Гаврилова. - СПб.: Изд-во СЗГМУ им. И.И. Мечникова, 2014. - 164 с.
- Егоров, В.А. О комплексном подходе к изучению и профилактике утомления у лиц операторского профиля / В.А. Егоров, В.И. Копанев // Физиологические проблемы утомления и восстановления: тез. докл. - Киев; Черкассы, 1985. - С. 146-147.
- Зеленина, М.Т. Влияние физической подготовленности на стресс-устойчивость студенток младших курсов / М. Т. Зеленина, И. Русанова, Е.В. Мальчикова // Научно-медицинский вестник Центрального Черноземья. -2009. - № 37. - С. 155-157.
- Климов, А.С. Общие закономерности психофизиологических реакций организма на воздействие дозированных стрессорных факторов / А.С. Климов, А.П. Булка, К.А. Булка // Психофизиология профессиональной деятельности: Материалы IV Всероссийской науч.-практ. конф. - СПб.: ВМедА, 2012. - С. 212.
- Копанев, В.И. Методические рекомендации по выявлению утомления и коррекции функционального состояния летчиков-инструкторов авиационных училищ / В.И. Копанев, В.А. Егоров, А.М. Войтенко. - Л., 1987. - 44 с.
- Матюхин, В.В. Перераспределение уровней активности между функциями ЦНС и ее роль в формировании нервно-психического напряжения при умственной деятельности / В.В. Матюхин // Координация соматосенсорных и вегетативных функций при трудовой деятельности: Сб. научных трудов. - Тверь,1994. - С. 32-41.
- Медведев, В.И. Функциональное состояние операторов / В.И. Медведев // Эргономика: Принципы и рекомендации. Вып. I. — М. : ВНИШ ТЭ, 1970. - С. 127-160.
- Мойкин, Ю.В. Физиологические основы профилактики перенапряжения / Ю.В. Мойкин, А.И. Киколов, В.И. Тхоревский, Л.Е. Милков. - М.: Медицина, 1987. - 256 с.
- Сиваченко, И.Б. Разработка и апробация модели воздействия стрессогенными факторами для оценки эмоционального напряжения / И.Б. Сиваченко, А.Е. Ловягина, Д.С. Медведев // Медицина экстремальных ситуаций. - 2019. - № 21(1). - С. 155-162.
- Сиваченко, И.Б. Стрессоустойчивость мужчин 20-30 лет с различным уровнем физической активности / И.Б. Сиваченко, А.Е. Ловягина, Д.С. Медведев // Вестник спортивной науки. - 2019. - №4. - С. 55-59.
- Etnier, J.L. A meta-regression to examine the relationship between aerobic fitness and cognitive performance / J.L. Etnier, P.M. Nowell, D.M. Landers, B.A. Sibley // Brain Res. Rev. - 2006. - Vol. 52 (1). - P. 19130.
- Grews, D.J. Aerobic physical activity effects on psychological well-being in low-income Hispanic children / D.J. Grews, M.R. Lochbaum, D.M. Landers // Percept Mot Skills. - 2004. - Vol. 98, № 1. - P. 319-324.
- Izard, C.E. Four systems of emotion activation: cognitive and no cognitive processes / C.E. Izard//Psychol. Rev. - 1993. - Vol. 100 (1). -P. 69-90.
- Roth, D. Influence of aerobic exercise training and relaxation tranind on physical and psychologic health following stressful life evens. / D. Roth, D. Holmes // Psychosomatic medicine. -1987. - Vol. 49. - P. 355-365.
- Smelik, P.G. Adaptation and brain function. / P. G. Smelik // Progr. Brain. - 1987. -Res. 72. - Р. 3-9.