Исследование и разработка методического подхода к оценке и прогнозированию функционального состояния человека-оператора сложных систем управления (на примере студентов-программистов КарГУ)

Структура и уровень заболеваемости связаны с возрастными особенностями контингента и спецификой обучения. Превалирование функциональных заболеваний нервной системы объясняется значительной информационной нагрузкой студентов, эмоциональным перенапряжением в период экзаменационных сессий, переутомлением, связанным иногда с необходимостью совмещать работу с учебой. Несоблюдение режима питания приводит к возникновению заболеваний желудочно-кишечного тракта. Среди обследованных студентов и студенток не выявлено различий в уровнях заболеваемости.

68,8% мужчин и 68,1% женщин имели отклонения в состоянии здоровья. У мужчин индекс здоровья снижается с 39,3% на 1-м курсе до 24,7% на 4-м курсе; у женщин соответственно с 43,6% до 20,2%.

Показатели распространенности заболеваний среди студентов или их болезненность составили 49,78 на 100.

При рассмотрении распространенности заболеваний выявляется четкая закономерность - возрастание среднего показателя в зависимости от курса обучения. Если на первом курсе он составляет 38,24± 0,32 на 100, то к четвертому увеличивается до 59,6± 0,3. В структуре заболеваемости среди класса болезней нервной системы и органов чувств 82,9% составили миопии различной степени. Значительную долю в своем классе недугов составили аномалии рефракции. Но если на первом курсе миопии высокой степени составили 24,2% на 100 осмотренных, то к четвертому курсу этот показатель увеличился в 1,3 раза, а также возросло число лиц с миопией средней степени. Это свидетельствует о том, что интенсивный характер обучения и уровень учебной нагрузки, по сравнению со школьной, предъявляют большие требования к здоровью студентов. Следует отметить, у студентов 1 курсов высокий уровень патологии нервной системы за счет астенических неврозов (9,54 на 100 осмотренных). Распространению этих заболеваний у студентов в известной степени способствовало психическое перенапряжение, связанное со школьными и вступительными экзаменами, а также с периодом адаптации к системе обучения в вузе и техникуме, а для многих и к новым условиям жизни [35].

Динамика показателей заболеваемости с временной утратой трудоспособности с 1991 по 1998 г. по числу случаев и дней нетрудоспособности на 100 студентов, в среднем за весь период равнялась 17,1± 1,8 случаев и 121,2± 3,6 дня на 100 учащихся. Основной причиной временной утраты трудоспособности в течение всех пяти лет были острые респираторные заболевания, удельный вес которых составлял более половины всех случаев и третью часть дней утраты трудоспособности [35].

Второе место среди причин временной нетрудоспособности занимали острые фарингиты, причем их удельный вес колебался соответственно от 17,3% в 1991 г. до 3,6% в 1998 г. Показатель в 1998 г. по сравнению с 1992 г. снизился с 1,7± 0,2 до 0,9± 0,3 в случаях и с 9,7± 1,4 до 7,4± 0,4 в днях утраты трудоспособности на 100 обучающихся студентов [35].

Неверовым В.Н. [101] выявлено влияние особенностей вегетативной регуляции. Наиболее высокий уровень заболеваемости зафиксирован у студентов с симпатотоническим типом вегетативной ретуляции, напряжённой и неудовлетворительной степенями адаптации. В этой группе преобладают психосоматические заболевания и функциональные нервно-психические расстройства. У исследуемых с нормотоническим типом регуляции и удовлетворительной степенью адаптации уровень заболеваемости значимо ниже. В этой группе преобладают заболевания органов дыхания и травмы [101].

Заболеваемость студентов, по мнению Скобина А.Т. [126], возрастает от курса к курсу, особенно увеличивается заболеваемость хроническими болезнями желудочно-кишечного тракта, гипертонической болезнью, заболеваниями глаз, хроническими заболеваниями легких и др.

Так, заболеваемость язвенной болезнью среди первокурсников составила 2 случая на 1000 человек, на II курсе -- 4 случая, на III курсе--5,4, на IV курсе -- 9,1, на V курсе--10,3; у студентов Челябинска-- на I курсе 2 случая, II курсе --5, на III курсе --4 [126].

На 1000 студентов Ворошиловградского машиностроительного института на I курсе выявлено 2,8 случая заболевания хроническими гастритами, на II курсе --4, на III курсе --4,3, на IV курсе--11,7, на V курсе--12,3. Среди студентов Москвы этот показатель составлял на I курсе 5 случаев, на II курсе -- 9,3, на III курсе-- 18 и на старших курсах -- 29--30 [126].

Основными факторами, способствующими возникновению хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, по мнению автора, являются нервно-психический фактор, нарушение ритма и недостатки в организации питания, увеличение от курса к курсу числа курящих студентов.

Заболеваемость гипертонической болезнью среди студентов института также возрастает от курса к курсу. Например, на 1000 студентов I курса выявлено 2,1 случая этого заболевания, на 1000 студентов V курса -- 3,9 случая. В технических вузах Ленинграда заболеваемость гипертонической болезнью к концу II курса увеличивается от 0,5--8 до 5--11,3 % [126].

Наиболее часто временную нетрудоспособность вызывали острые респираторные заболевания, грипп, острые фарингиты, тонзиллиты, бинтовые травмы и др. Установлено, что чаще других временно утрачивают трудоспособность студенты первых курсов. Автор объясняет этот факт неприспособленностью организма студента-первокурсника к новым условиям жизни, труда, быта, большой психической нагрузкой.

Установлена четкая взаимосвязь между академическими отпусками (а следовательно, и состоянием здоровья студента) и учебным процессом: на периоды зачетной и экзаменационной сессий (январь и май) приходится более 36 % предоставляемых академических отпусков.

Подобная зависимость объясняется, с одной стороны, возрастанием психофизиологических нагрузок на студента в период сессий, с другой -- предоставляемой возможностью воспользоваться академическим отпуском до начала сессии в случаях невыполнения учебной программы в семестре. Практика показывает, что студент, даже будучи больным, старается выполнить учебную программу. 7,6 % академических отпусков в году предоставляются в июне -- сентябре. Наибольший удельный вес заболеваний, по поводу которых предоставляются академические отпуска, приходится на болезни нервной системы (неврозы, последствия черепно-мозговых травм и т. д.) -- 22,68 %. В связи с обострением хронических заболеваний органов дыхания академические отпуска предоставлены в 5,57 % случаев [139].

Заболеваемость с временной утратой трудоспособности в целом по ВУЗу составила в 1980.г. (случаях и днях на 100 студентов по классам болезней): болезни нервной системы и органов чувств -- 0,86 случая и 5,12 дня, болезни системы кровообращения -- 0,14 и 1,74, болезни органов дыхания 18,22 и 88,31, болезни органов пищеварения -- 0,78 и 5,32, болезни мочеполовых органов --0,12 и 1,12, болезни костно-мышечной системы и соединительной ткани -- 0,121случая и 4,57 дня. Как видно и в случаях и в днях на 100 студентов преобладают заболевания органов пищеварения, дыхания и нервной системы. Из зарегистрированных заболеваний студентов 1 курса в 1980 г. npeобладали болезни нервной системы и органов чувств (на 100 осмотренных): среди мужчин 46,52 случая и 59,33 случая среди женщин. В этом классе заболеваний 28 % составляют болезни органов зрения [131].

Среди выявленных заболеваний болезни органов дыхания и кровообращения занимают большое место.

Высокий уровень заболеваний органов дыхания (8,86 случая на 100 ocмотренных у мужчин и 8,64 у женщин) определяют хронический тонзиллит, хроническая пневмония, хронический бронхит, бронхиальная астма.

Частота заболеваемости костно-мышечной системы и соединительной ткани составила 4,75 случая на 100 осмотренных у мужчин и 5,50 у женщин [131].

Анализ заболеваемости указывает на то, что заболеваемость студентов младших курсов по числу случаев и дней временной утраты трудоспособности выше заболеваемости студентов старших курсов. Это может явиться следствием пониженной адаптационной способности подростков, отмеченной рядом исследователей.

В структуре заболеваемости у студентов старших курсов по сравнению со студентами младших курсов больший удельный вес занимают гипертонические состояния, функциональные заболевания нервной системы и заболевания желудочно-кишечного тракта.

В то же время гипертонические состояния, заболевания нервной системы и желудочно-кишечного тракта наблюдаются чаще у студентов младших курсов (I--III), что может быть с известной долей вероятности объяснено чрезмерным воздействием на них напряженного умственного труда. Снижение числа некоторых форм патологии среди студентов-старшекурсников мы склонны рассматривать как результат меньшей обращаемости их за медицинской помощью и желанием во что бы то ни стало закончить курс высшего образования. Это предположение подтверждается данными анкетного опроса студентов о самочувствии после занятий в разные периоды учебного года. Количество жалоб повышается от курса к курсу и резко возрастает во время сессии. Переутомление во время сессии отмечено большим числом студентов (60,5--70,5%). На плохое самочувствие после занятий жаловались 23,6% студентов I курса и 46% студентов [126].

Комплексные медицинские осмотры показали, что среди студентов только 20--35% (в зависимости от профиля вуза и курса обучения) практически здоровые, до 40--45% -- больные и 30--40% -- с различными факторами риска. Обращает на себя внимание высокая заболеваемость среди студентов-медиков, причем в динамике обучения показатели состояния их здоровья заметно ухудшаются (студентов из диспансерной группы Д3 на 1-м курсе было 42,1%, на 2-м --49,5%, а на 3-м -- 58,4%). 30--40% абитуриентов приходят в институт с уже имеющимися заболеваниями [123].

По данным Камалиева М.А. и соавт. [68] в среднем уровень заболеваемости с ВУТ в Семипалатинском мединституте составил 52,3 случая и 339,8 дня на 100 студентов. Главными причинами их обращения за медицинской помощью явились болезни верхних дыхательных путей (65,4% случаев и 56,8% дней нетрудоспособности), далее следуют травмы и отравления (16,8 и 6,9% соответственно) и болезни мочеполовых органов (2,9 и 2,6%). Также установлено, что показатель заболеваемости имеет тенденцию к увеличению: с 342,6% -- на первом курсе до 418,2% на четвертом (t = 3,6), процент больных лиц также несколько возрастает: с 33,0 до 37,9 соответственно [68].

Таким образом, проблема состояния здоровья студентов очень актуальна и требует определенного подхода к ее решению.

С одной стороны, это углубленные научные исследования, с другой - внедрение в жизнь комплекса практических мероприятий, направленных на оптимизацию учебного процесса, улучшения условий быта, питания, отдыха студентов, совершенствование медицинского обслуживания.

Естественно, это станет реальными только при создании целевой программы "здоровья студентов", которая должна рассматриваться как часть общей системы учебно-воспитательной работы и стать важной составной частью деятельности администрации вуза, деканатов, общественных организаций, а также специалистов разного профиля.

На основании вышесказанного можно сделать краткое резюме:

1. Труд студентов по своему характеру является напряженным и протекает на фоне воздействия неблагоприятных факторов учебного процесса.

2. Уровень нервно-эмоционального напряжения студентов в процессе трудовой деятельности зависит от целого ряда трудноучитываемых факторов, начиная с производственных (уровень организации учебного процесса, дневная и недельная нагрузка, соотношение сложности предметов с кривой работоспособности и др.), психологических (отношение к выполняемой работе, моральный и психологический климат в ВУЗе, индивидуальных особенностей организма и др.) и многих других факторов.

3. Неблагоприятным фактором учебного процесса может являться широкое использование компьютерных технологий в образовательном процессе, что впоследствии отражается на уровне работоспособности, утомляемости студентов и т.д.

4. Проведенные ранее исследования не дают полного ответа о роли воздействующих факторов производственного процесса в процессах утомления студентов, т.к. не учитывают возможное наличие нелинейных зависимостей. Не решен вопрос, связанный с допустимой длительностью работы студентов на компьютере, дневной и недельной допустимой компьютерной нагрузки, поскольку разные авторы представляют противоречивые данные, налицо разночтения. Таким образом, можно считать, что вопрос остается открытым.

5. В доступной литературе мы не обнаружили работ, посвященных решению данной проблемы с использованием комплексного методического подхода, что свидетельствует об актуальности выбранного нами направления исследований.

2. Материалы и методы исследования

Объектами исследования были студенты 1-4 курса Карагандинского государственного университета им.Е.А.Букетова, профессионально-художественного факультета специальность - «Информационные системы» и биолого-географического факультета специальность - «Экология».

Гигиенические исследования проводились на рабочих местах студентов Карагандинского государственного университета им.Е.А.Букетова общепринятыми методами [96, 110]. Измерение температуры и относительной влажности воздуха проводили при помощи аспирационного психрометра (413 замеров) осенью, зимой и весной. Освещенность рабочих мест и панелей пультов управления измерялась при помощи люксметра Ю-166 (959 замеров). Уровень производственного шума на рабочих местах измерялся при помощи шумомера фирмы "Брюль и Кьер" (Дания) (115 замеров). Отбор проб воздуха для определения загрязненности производственной атмосферы производился на высоте 1,5 метра от уровня пола, непосредственно на рабочих местах аспиратором.

В воздухе рабочей зоны определялось содержание пыли (223), паров аммиака (73 замера), оксида углерода (178 замеров) общепринятыми методами [96].

Труд студентов обладает совокупностью ряда специфических особенностей, присущих только этой форме умственной деятельности: восприятие и переработка разнообразной информации в условиях дефицита времени, частое возникновение состояния нервно-психического напряжения, выполнение значительной части работы в вечернее и ночное время и другие особенности, которые сказываются на состоянии психического и соматического здоровья молодых людей [3, 45, 145].

При выборе методов для массового исследования студентов учитывалось, что основная задача заключается в выявлении неспецифических изменений, произошедших под влиянием учебной нагрузки, отражающихся на состоянии многих систем организма. Методики, используемые для оценки работоспособности студентов, не должны нарушать педагогический процесс, отнимать много времени и утомлять студентов; должны быть простыми, надежными, объективными. Кроме того, они должны адекватно отражать изменения функционального состояния организма студентов, возникающие под влиянием доминирующего фактора или совокупности раздражителей.

Основным направлением нашего исследования было изучение влияния учебного процесса с максимальным использованием компьютерных технологий (специальность «Информационные системы» 36 студентов) и традиционного (специальность «Экология» 38 студентов) типа на психофизиологические показатели студентов в динамике учебного процесса: в течение учебного дня, учебной недели с учетом уклона обучения. Физиологические и психометрические исследования проводились до, во время и после учебных занятий, ежедневно, т. е. с понедельника по субботу включительно на протяжении всего исследования, в каждой отобранной группе контингента. Исследование включило в себя 876 человеко-наблюдений.

В связи с этим, нами использован широкий арсенал методических средств, применяемых для оценки функциональных состояний. Основное обоснование данных методов - возможность объективного описания наблюдаемых явлений. Немаловажным аргументом является и принципиальная возможность получения количественной оценки сдвигов в функционировании любой системы.

Был подобран такой комплекс методов, который характеризовал бы функциональное состояние организма в целом. В качестве возможных индикаторов динамики функциональных состояний взяты самые разнообразные показатели работы центральной нервной системы (ЦНС) и вегетативные сдвиги. Использованы наиболее информативные показатели динамики функциональных состояний, к числу которых обычно относят различные параметры деятельности: сердечно-сосудистой, нервно-мышечной.

Физиологические исследования включали:

1) измерение частоты пульса (ЧП) до и после дозированной нагрузки, подсчет индекса Руфье, систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления; математический анализ сердечного ритма по Р.М.Баевскому;

2) измерение показателей функционального состояния центральной нервной системы (простой и сложной СМР, ЗМР, КЧСМ, числа);

3) измерение показателей функционального состояния нервно-мышечного аппарата, включая мышечную выносливость;

4) субъективная оценка самочувствия, активности и настроения с помощью таблиц САН, определение реактивной тревожности по методике Ч.Д. Спилбергера, Ю.Л. Ханина.

Состояние сердечно-сосудистой системы определяли по уровню артериального давления и частоте пульса. Регистрация частоты сердечных сокращений (ЧСС) является наиболее простым, удобным и точным методом оценки влияния различных факторов на организм человека. Изменения частоты пульса есть универсальная реакция организма в ответ на любую нагрузку.

Определение величины артериального давления (систолического и диастолического) проводилось аускультативным методом Короткова-Яновского. Измерение АД проводилось в положении сидя, ежедневно до и после учебных занятий.

Подсчет пульса (уд/мин) проводился пальпаторно троекратно: до нагрузки, в первые 15 секунд после нагрузки (в качестве короткой нагрузки применялась проба Мартине с 20 приседаниями за 30 секунд, используя метроном и секундомер) и после первой минуты восстановления [137]. Пульс подсчитывался в положении сидя. Измерения проводились ежедневно, до и после учебных занятий.

Индекс Руфье позволил охарактеризовать способность организма обследованных студентов к нагрузкам [137]. Повышение индекса Руфье, возможно, позволяет говорить о снижении работоспособности, снижение индекса о повышении работоспособности. Индекс Руфье рассчитывался по формуле:

(Р₂ - 70) + (Р₃ - Р₁)

Индекс Руфье = -------------

10

где Р₁ - частота пульса до нагрузки, Р₂ - ЧП сразу после нагрузки и Р₃ - ЧП после 1 минуты восстановления после нагрузки. Результаты оценивались по величине индекса от 0 до 8 и выше. Меньше 3 - высокая работоспособность; 3 - 6 - хорошая работоспособность; 6 - 8 - удовлетворительная работоспособность; больше 8 - плохая [137].

Как хорошо известно, изменение ритма сердца -это универсальная реакция целостного организма в ответ на воздействия внешней и внутренней среды, отражающая результат многочисленных регуляторных влияний на сердечно-сосудистую систему. Считается, что иерархическая структура уровней регуляции включает нервный аппарат самого сердца, подкорковые нервные центры, высшие вегетативные центры и, возможно, кору головного мозга.

Одним из критериев состояния регуляторных систем, отражающих функциональное состояние организма в целом, являются показатели работы системы кровообращения: статистический анализ ритма сердца и ряд производных показателей. К их числу относятся: индекс напряжения, вегетативный показатель ритма, индекс вегетативного равновесия, показатель стабильности ритма и т. д. Анализ регуляторных механизмов деятельности сердца на основе математических показателей сердечного ритма дает возможность оценить направленность и интенсивность реакций, определить их адекватность, «физиологическую стоимость» работы и характер ее влияния на функциональное состояние.

Нами проводилась регистрация R-R-интервалов непосредственно на персональный компьютер с помощью разработанной аппаратуры, состоящей из регистратора и усилителя, подключающихся непосредственно через порт "мышки" в компьютер. Регистратор включал пальцевой датчик, который надевался на указательный палец, в течении 1,5-2 минут измерялась длительность 100 R-R-кардиоинтервалов с последующей математической обработкой на ЭВМ. В качестве программного обеспечения для пересчета ритмограммы R-R-интервалов использовалась программа, разработанная сотрудниками лаборатории экогигиены Института физиологии и гигиены труда МН-АН РК [128].

По полученному динамическому ряду RR-интервалов рассчитывали следующие статистические характеристики ВСР: средний RR-интервал (М_ср), среднее квадратическое отклонение - сигма (), вариационный размах (Х), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), индекс напряжения регуляторных систем (ИН).

Вычисляли автокорреляционную функцию динамического ряда R-R-интервалов. Вычисление коэффициента корреляции после первого сдвига 1r, показателя т_о, который показывает через сколько сдвигов появляется первое отрицательное значение коэффициента корреляции и показателя m_0.3 --, число сдвигов автокоррелограммы до значений коэффициента корреляции менее 0,3.

Для выявления и оценки периодических составляющих сердечного ритма проводили спектральный анализ с использованием непараметрического метода быстрого преобразования Фурье. Для общей характеристики активности регуляторных систем рассчитывали индекс централизации (S_{0 /} S_д), амплитуды и энергии дыхательных волн, волн Траубе-Геринга, медленных волн 1, 2 порядка [14-16].

В качестве показателей, характеризующих зрительную работу, работоспособность, напряженность труда, нами использовались наиболее информативные, простые и доступные электрофизиологические методики исследования зрительного анализатора [42]: критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ), простая зрительно-моторная реакция (ПрЗМР), сложная зрительно-моторная реакция (СлЗМР).

Для характеристики функциональной активности нервных процессов корковой части зрительного анализатора исследовали критическую частоту слияния световых мельканий (КЧСМ) на портативном модульном комплексе. Как показали Г. Леман, Ptath и др., КЧСМ отражает функциональное состояние центральной нервной системы испытуемых, ряд авторов (В М Шэрапои: В. М. Ухтин, и др.) величину КЧСМ рассматривает, исходя из представлений о подвижности нервных процессов в корковом отделе зрительного анализатора. КЧСМ является весьма лабильным показателем, который изменяется при умственных и физических нагрузках, под влиянием фармакологических препаратов и т. п.

Измерение критической частоты слияния световых мельканий (КЧСМ) осуществлялось с помощью портативного прибора, на котором в качестве адекватного раздражителя глаза применялся мелькающий свет [42]. Момент критической частоты слияния световых мельканий фиксировался соответствующей частотой по шкале в герцах (Гц). Исследования проводились в положении сидя.

Кроме того, определяли время рефлекса на световой и звуковой раздражители (СМР, ЗМР), позволяющие выявить изменения, происходящие в корковом звене анализатора, что в значительной мере отражают степень утомления. Время рефлекса на свет и звук зависит от скорости прохождения возбуждения через центральные образования и поэтому данная методика широко используется для оценки состояния центральной нервной системы. Для определения времени латентного периода сенсомоторной реакции на свет и звук использовался портативный хронорефлексометр. Измерение времени латентного периода простой ЗМР и СМР проводилось путем последовательной подачи 6-ти одних и тех же световых или звуковых раздражителей, затем вычислялись средняя величина (М), среднеквадратическое отклонение (б) и коэффициент вариации (CV). Измерение времени латентного периода сложной зрительно- и слухомоторной реакций (СлЗМР и СлСМР) путем подачи основного раздражителя определенного цвета (звуковой тон) в хаотичном порядке со второстепенными раздражителями (другие цвета и звуковые тоны) , затем вычислялись средняя величина (М), среднеквадратическое отклонение (б) и коэффициент вариации (CV) и процент ошибочных реакций (% ошибок).

Также был использован цифровой тест, заключающийся в подаче 9 из 10-ти цифр от 0 до 9 в хаотичном порядке. Испытуемый на время должен был определить недостающую цифру. Высчитывалось среднее время выполнения и процент ошибочных решений.

Показатели мышечной работоспособности (мышечная сила и выносливость) являются важными критериями физического и нервного напряжения [118]. Поэтому нами проводилось исследование нервно-мышечного аппарата. Для регистрации сигналов, в нервно-мышечном аппарате под влиянием различных видов нагрузок, использовали показатели кистевой динамометрии и выносливости к статическому усилию, полученные при помощи электрического динамометра ЭДК [42].

Вначале у испытуемого определялась максимальная мышечная сила кисти ведущей руки (кг) при сжатии динамометра с максимальной силой, которая фиксировалась. После этого предлагалось на время удержать статическое усилие - 70% от максимального [42]. Время мышечной выносливости (сек) регистрировалось секундомером от момента начала сжатия до отказа.

Существенное значение в оценке высшей нервной деятельности имеют показатели субъективного состояния. Как отмечал А. А. Ухтомский, «так называемые субъективные оценки столь же объективны, как и всякие другие, и дадут на практике критерии утомления и утомляемости более деликатные и точные, чем существующие лабораторные методы сами по себе» [143].

В качестве предмета анализа выступает дневная учебная нагрузка. Основными показателями изменения состояния в этом случае служат сдвиги количественных и качественных характеристик эффективности работы. Эта группа методик предназначена для более тонкой оценки состояния. Испытуемого просят соотнести свои ощущения с рядом признаков, формулировка каждого из которых максимально сжата [61]. Они представлены либо парой полярных признаков (бодрый - вялый), либо отдельным утверждением (устал, отдохнувший). Человеку с плохим настроением сложно переключаться с одного вида деятельности на другой, он находится в состоянии фрустрации, т.е. падает жизненная активность, а результатом всего этого будет плохое самочувствие.

Недостаток существующих психометрических методик тестирования состоит в том, что с их помощью можно оценивать лишь внешнюю результативность анализируемой функции, поэтому данные методики нужно сочетать с физиологическими исследованиями, дающими объективные оценки состояний. Кроме того, при использовании тестовых методик существуют некоторые возрастные поправки, которые нами были учтены. В настоящее время, в связи с широким внедрением ЭВМ в область практических исследований разработаны и активно применяются автоматизированные психологические методики, представляющие собой блоки тестов, дающих комплексную оценку функционального состояния человека на данный момент времени. Наряду с бланковыми тестами нами использовалась компьютерная программа - АРМ-П, электронный блок тестов с полной их интерпретацией созданный д.м.н., профессором Н.К. Смагуловым (1995).

Для оценки тревожности, вызванной окружающей средой нами применялась методика Ч.Д. Спилбергера, Ю.Л. Ханина. Тест, определяющий реактивную и личностную тревожность, позволяет выявить людей, стремящихся к успеху несмотря ни на что и людей, которые не предпринимают ничего, потому что боятся неудач. Данная методика использована, как в бланковом, так и электронном варианте. Текст состоит из двух шкал, по 20 утверждений в каждой, раздельно оценивающих реактивную (уровень тревожности в данный момент) и личностную тревожность (уровень тревожности как устойчивая характеристика). Для утверждений с 1 по 20 использованы четыре варианта ответов: 1) почти никогда; 2) скорее нет; 3) скорее да; 4) да. Для следующих 20 предложенных утверждений были использованы другие варианты ответов: 1) почти никогда; 2) иногда; 3) часто; 4) почти всегда. Для выявления уровней тревожности подсчитывались суммы чисел, в соответствии с ключом, записанных при ответе на определенные утверждения. Шкалы позволили определить показатели низкой, умеренной и высокой тревожности. Шкала низкой тревожности - 30 баллов и менее, умеренной - 31-45, высокой - 46 и более баллов. Опросник реактивной тревожности, зачитывался до, во время и после учебных занятий в течение всего исследования, опросник личностной тревожности зачитан один раз.

Нами использовался тест дифференцированной самооценки утомления, предложенный Доскиным В.А., Лаврентьевой Н.А., Мирошниковым М.Н. и соавторами [57], который основывается на предварительном выделении основных компонентов функционального состояния. Оно всесторонне характеризуется с помощью трех категорий признаков: самочувствия, активности и настроения (САН). Нами применялся бланковый вариант, состоящий из 30 пар противоположных характеристик, по которым испытуемый оценивал свое состояние. Каждая пара представляет собой шкалу, на которой испытуемый отмечал степень актуализации той или иной характеристики своего состояния. При подсчете крайняя степень выраженности негативного полюса пары оценивалась в 1 балл, а крайняя степень позитивного полюса пары - в 7 баллов. При этом учитывалось то, что полюса шкал постоянно меняются, положительные состояния всегда получают высокие баллы, а отрицательные - низкие. Полученные данные группировались в соответствии с ключом в три категории, после чего подсчитывалось количество баллов в каждой из них. Средние значения шкалы 4-5 баллов. При анализе функционального состояния учитывались не только значения отдельных его показателей, но и их соотношение. Для удобства использована электронная интерпретация опросника. Опросник использовался регулярно до, во время и после учебных занятий в течении учебной недели, на протяжении всего исследования.

Статистическая обработка данных полученных психофизиологических показателей проводилась с помощью пакета специализированных программ статистики на PC Pentium 3.

Полученные данные физиологических методов исследования обрабатывались общепринятыми методами с определением математического ожидания, среднеквадратического отклонения, ошибки средней и достоверности различия (по Стьюденту). Достоверными считались сдвиги при р<0,05 [124].

Расчет оценок коэффициентов парной корреляции и уравнений регрессии производился на компьютере по стандартным программам.

Полученные в результате расчета парные коэффициенты корреляции, используются для выбора аргументов обрабатываемых уравнений и оценки доли влияния входных факторов аргументов на выходные показатели функции (использовались значимые значения коэффициентов корреляции). В роли аргументов функциональных моделей выбирают факторы, коррелируемые с соответствующими показателями состояния организма, что позволяет составить функциональные модели вида:

У1= f(X1, X2,..., Xк).

В составе аргументов такой модели могут оказаться коррелирующие между собой факторы, поэтому на основе анализа соответствующих коэффициентов корреляции производится разбиение такой модели на ряд моделей, содержащих независимые аргументы. Следует отметить, что практика использования регрессионных методов для разработки зависимостей показателей состояния организма от вредных факторов производственной среды показывает, что уравнения линейной формы могут в достаточной степени точности описывать полученные зависимости [127].

Доля влияния входных факторов (возраст, курс, количество уроков, день недели и этапы обследования) на физиологические показатели оценивались по следующей методике. Строится матрица из коэффициентов корреляции между аргументами и функциями, т.е. таблица, боковик которой составляют функции, а шапку - аргументы (входные факторы), и складываются по вертикали квадраты, приведенных в матрице коэффициентов корреляции:

k = a² ,

где a - коэффициент корреляции между j-м фактором и k-м аргументом, матрица ={a }, j=1,2...,n; k=1,2,...,n. Подобные суммы характеризуют абсолютный вклад каждого аргумента в общую дисперсию наблюдаемых функций (ее весомость). Относительный вклад каждого аргумента (входного фактора) рассчитывается путем деления полученных абсолютных значений суммы на значение общей дисперсии системы (в процентах, Рк).

Однако, для выявления критерия по которому можно проводить оценку и прогноз функционального состояния организма рабочих в процессе трудовой деятельности необходимо выбрать один физиологический показатель, который может косвенно характеризовать всю систему организма в целом. Для этого проводится многофакторный корреляционный анализ между выходными (физиологическими) показателями и по значимым коэффициентам корреляции выбирается один из показателей, который корреляционно взаимосвязан с рядом физиологических показателей, отражающих различные функциональные системы, такие как центральная нервная, сердечно-сосудистая, нервно-мышечная системы, терморегуляторный аппарат и др. По полученным зависимостям строятся уравнения множественной регрессии, оценивается надежность по критерию Фишера. При достоверности более 95 процентов уравнение считается достоверным и данный показатель может являться критерием функционального состояния организма в целом [124].

Поскольку одной из задач исследования было изучение меж- и внутрисистемных взаимодействий отдельных эффекторов сложноорганизованных ФС гомеостатического уровня, в качестве инструмента такого анализа были выбраны методы многомерного анализа полученных данных.

В работе анализирован характер, сила и количество парных линейных корреляционных связей. Для наглядности выявляемой структуры меж- и внутрисистемных связей использовали метод корреляционных плеяд. Значимость коэффициентов корреляции в зависимости от степеней свободы определялась по таблицам критических значений (значимыми считались связи при Р<0.05).

Специфику функциональной организации сложных биологических систем можно выяснить с помощью многомерного факторного анализа. Используя факторный анализ (в частности, метод главных компонент), удается с помощью некоторой "метрики" сжать и компактно описать особенности интеграции и иерархии большого числа взаимосвязанных компонентов в виде нескольких факториальных комплексов [89].

Использование метода главных компонент позволило выявить наиболее информативные показатели, характеризующие напряженность труда студентов.

Использование данного метода дает возможность анализа факторной структуры явления и выбора новых наиболее информативных показателей, обеспечивающих основную долю суммарной дисперсии. Для проведения компонентного анализа составлялась матрица исходных физиологических данных. По корреляционной матрице для каждой главной компоненты высчитывался основной вклад () в общую дисперсию по формуле = r ² , где r - коэффициент корреляции. Затем после общей суммации всех главных компонент для каждой высчитывался процент вклада [89].

Каждая группа информативных показателей стандартизовалась (по главным компонентам). По каждой компоненте из статистически значимых показателей составлялись отдельные матрицы исходных физиологических данных и рассчитывался единый усредненный показатель для каждой группы. Стандартизация проводилась по формуле:

Y_стан =(Y_i-Y_ср)/б,

где Y_стан - расчетный исходный физиологический показатель, Y_ср - средняя величина для данного ряда, б - среднеквадратическое отклонение для данного ряда.

Дополнительным критерием правильности представленного логического объяснения служили интегральные значения полученные путем математического вычисления по уравнению компоненты путем подставления конкретных физиологических значений, полученных в экспериментальных условиях на студентах.

Вычислялись функции каждой компоненты по общей структурной формуле:

1

Y= ------- * (A1*X1 + A2*X2 + A3*X3 +.. + An*Xn)

Дисп.ГК

В каждую формулу подставлялись расчетные значения главных компонент по каждому испытуемому студенту и полученные цифровые значения каждой функции главной компоненты:

В дальнейшем они анализировались по методике эксперимента [89], т.е. в динамике учебного дня, недели. Это связано с тем, что каждая главная компонента может быть представлена в виде функции (Y) от феноменологически наблюдаемых признаков.

3. Краткая характеристика производственной среды обитания студентов и недельной компьютерной нагрузки

Проведенные гигиенические исследования показали, что трудовая деятельность студентов изучаемых групп характеризуется по данным профессиографического анализа высоким нервно-эмоциональным напряжением при относительно благоприятной производственной среде обитания. Так, конструктивные особенности учебных аудиторий показали, что при средней площади аудитории 46 кв.метров, удельная площадь составляет 2.2±0.1 м²/чел (табл.1), т.е. особенной скученности не наблюдается. Несколько большая удельная площадь на 1 студента отмечается в компьютерных классах 5.2±1.9 м²/чел, что составляет характерную особенность данных помещений.

Таблица 1.

Конструктивные особенности учебных аудиториях ПХФ и БГФ

Как показали проведенные гигиенические исследования микроклиматических показателей, в учебных аудиториях изучаемых факультетов (табл.2) температура воздуха не зависит от сезона года. Данное обстоятельство обусловлено достаточным количеством и исправной работой радиаторов отопления. Средняя температура в классах в среднем была в пределах от 19.5±0.3 ^оС в зимний период до 23.3±0.3 ^оС в летний период. В корпусе ПХФ она в среднем колебалась хотя и в большем диапазоне, однако не выходила за пределы допустимых значений от 17.6±0.4 в зимний период до 23.3±0.3 в летний (табл.2), что связано с конструктивными особенностями зданий (ПХФ - панельная конструкция, БГФ - кирпичная).

Средняя относительная влажность воздуха не превышала санитарной нормы, однако, на некоторых рабочих местах в зимний период года отмечалась повышенная влажность воздуха (до 80%). А поскольку скорость движения воздуха также была с пределах допустимых норм, то охлаждаемость воздуха помещений была в пределах нормы в среднем от 4.6 до 4.1 (табл.2).

Таблица 2.

Параметры микроклимата в учебных аудиториях ПХФ и БГФ

Таблица 3.

Состояние воздушной среды и уровень шума в аудиториях ПХФ и БГФ

Таблица 4.

Состояние освещенности в аудиториях ПХФ и БГФ (люкс)

Как показали проведенные гигиенические исследования (табл.3), состояние воздушной среды в учебных аудиториях соответствует допустимым нормам. Уровень шума в учебных комнатах соответствовал предельно-допустимым уровням.

Анализ данных освещенности аудиторий показал, что они достаточно хорошо освещены за счет общего освещения (табл.4). Хотя имеются и незначительные нюансы. Так, в осенне-зимний период в 8-9 часов утра, когда освещенность осуществляется смешанным порядком, отмечается снижение освещенности ниже допустимых параметров. Однако, в целом освещенность в учебных классах на достаточном уровне. Несколько ниже она отмечается в мастерских, что связано с большей площадью. О чем свидетельствует и уровень светового коэффициента и коэффициента естественной освещенности.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сказать, что труд студентов КарГУ факультетов ПХФ и БГФ протекает при относительно благоприятных санитарно-гигиенических условиях. Это обусловлено тем, что студенты занимаются в типовых учебных зданиях, основным требованием при эксплуатации которых является соответствие нормативным требованиям по микроклиматическим параметрам, освещенности. Имеющиеся незначительные отклонения в гигиенических параметрах связаны не с конструктивными особенностями зданий, а условиями эксплуатации, в частности, режимом проветривания.

Основная «компьютерная нагрузка» у студентов ИС наблюдается на 3-4 курсе. У экологов подобного не отмечается. При этом надо отметить, что на данный период приходятся большое количество внеаудиторной работы по выполнению курсовых и дипломных работ, в связи с чем, отмечается увеличение «компьютерной» работы.

Основные неблагоприятные факторы негативного компьютерного воздействия:

4. Физиологическая характеристика и оценка сдвигов в организме студентов специальностей «информационные системы» и «экология»

Оценка состояния человека в процессе труда необходима как мера контроля работоспособности и определения функционального напряжения в процессе трудовой деятельности, меры сдвига в состоянии работающего (в нашем случае студента) под воздействием трудовых (учебных) нагрузок и производственных факторов [90].

Одной из важных приспособительных функций организма является утомление, возникающее в процессе деятельности, характеризующейся большой продолжительностью, высокой интенсивностью, нервно-эмоциональным напряжением и др. Недостаточность процессов восстановления физиологических затрат, вызванных работой, запускает сложный механизм психофизиологических изменений, одним из результатов которого является необходимость прекращения работы.

В зависимости от вида выполняемого труда можно выделить физическое, умственное, сенсорное и эмоциональное утомление. Различие между ними может быть определено соотношением глубины функциональных изменений в отдельных рецепторах, отделах ЦНС, мышцах. Однако, это деление является условным, поскольку все типы утомления сопровождаются ухудшением качества работы, сходными вегетативными сдвигами в организме и субъективными ощущениями усталости [149]. Кроме того, умственную деятельность всегда сопровождают элементы мышечного, эмоционального и сенсорного утомления, а физическое утомление часто сопровождается умственным, сенсорным или эмоциональным. При любом типе утомления лимитирующим звеном является утомление корковых центров, различие заключается лишь в локализации коркового звена анализаторов [118]. В зависимости от локализации выделяют локальное и общее утомление, а также утомление острое и хроническое, профессиональное и обусловленное общей жизнедеятельностью.

Под утомлением принято понимать совокупность обратимых изменений в физиологическом и психическом состоянии человека, развивающихся в результате напряженной или продолжительной деятельности и ведущих к ухудшению количественных и качественных показателей работы и дискоординации физиологических функций, повышающих физиологическую стоимость работы [90, 100]. Связь утомления с работоспособностью и психосоматическим состоянием человека делает проблему утомления одной из центральных в физиологии труда.

Нормальное состояние жизнедеятельности характеризуется наличием равновесия организма со средой и поддержанием гомеостаза внутри системы. Всякое изменение уровня функционирования ведет к перестройке системной деятельности организма с целью достижения необходимого конечного результата посредством перехода на новый уровень регуляции, путем использования резервных возможностей, вовлечения новых и исключения ненужных звеньев систем. Длительное напряжение системы регуляции может привести к ее перенапряжению, а в дальнейшем - и к истощению защитных механизмов, снижению функциональных возможностей организма и развитию различных заболеваний [14-16].

Для диагностики функционального состояния организма были использованы показатели функционирования различных систем организма: сердечно-сосудистой, центральной нервной системы, нервно-мышечного аппарата, поскольку эти системы являются составными частями единой системы - организма человека, и в их функционировании находят отражение, в большей или меньшей мере, сдвиги в жизнедеятельности всего организма.

Проведенные исследования показали, что умственная работоспособность по данным психофизиологических наблюдений у студентов изучаемых специальностей меняется под влиянием учебной нагрузки в течение учебного дня, учебной недели, находится в зависимости от специфики обучения на каждом факультете.

Одним из критериев развития утомления ЦНС у студентов является снижение показателя КЧСМ. Как показали результаты исследования (табл.5), значительных изменений по частоте у студентов обоих специальностей не выявлено. Хотя имеются незначительные, но достоверные изменения значений КЧСМ.

Так, у студентов ИС отмечается достоверное увеличение КЧСМ в течение всех годов обучения - с 41,1±0,2 гц на первом курсе до 42,58±0,24 (Р<0,05). Это связано, с тем, по видимому, что у студентов данной специальности к четвертому году обучения происходит усиление функции зрительного анализатора вследствие длительной работы за компьютером. У студентов-экологов отмечалось уменьшение значения КЧСМ в течение учебной недели, с 41,8±0,26 гц в понедельник до 41.1±0.2 гц в субботу (Р<0,05). Это может объясняться тем, что зрительный анализатор не был полностью задействован в процессе усиленной умственной деятельности при условии нормальной освещенности и отсутствии необходимости акцентировать внимание на визуальной оценке объекта деятельности. С другой стороны, сохранение лабильности центрального звена зрительного анализатора свидетельствует об ограниченности функциональных сдвигов в ЦНС.

Таблица 5.

Динамика показателя КЧСМ по курсам, в течение учебного дня и недели

Примечание: достоверная динамика по сравнению с исходными значениями - * - Р<0.05.

Таблица 6.

Динамика латентного периода ЗМР и СМР у студентов в зависимости от года обучения

Примечание: достоверная динамика по сравнению с исходными значениями - * - Р<0.05.

Со стороны центральной нервной системы, по показателям времени латентного периода на простые и сложные реакции, отмечено (табл.6) достоверное увеличение времени зрительно- и слухомоторных реакций (P<0.01). Следует учитывать тот факт, что время реакции зависит от многих внешних и внутренних причин и отражает протекание многих процессов в центральной нервной системе. Изменение величины времени реакции соответствует суммарному эффекту взаимодействия основных процессов в центральной нервной системе - процессов торможения и возбуждения. Направление смещения общего равновесия между этими процессами, а также способность сосредоточить внимание в известной степени зависит от загруженности работой и степени усталости. Следовательно, умственная нагрузка оказывает влияние на общее равновесие.

Так, исследованный латентный период (ЛП) простой зрительно-моторной реакции (ПрЗМР), отражающей функциональное состояние ЦНС, в среднем, в течение всего периода обучения у изучаемых специальностей имел сходную динамику, заключающуюся в высоких значениях ЛП в первый год обучения (0,3±0,0076 мсек у ИС и 0,29±0,0095 мсек у экологов), затем снижение (более высокие и достоверные значения у ИС на 3 курсе 0,28±0,006 мсек и у экологов на 2 курсе 0,26±0,01 мсек, при Р<0,05) на 2-3 году обучения и восстановление исходного уровня в конце обучения на 4 курсе.