Работа оперативного персонала ядерно опасных предприятий и производств связана с большим эмоциональным напряжением и высокой ответственностью. Основные задачи работников — своевременное и правильное восприятие сложной информации, ее оценка, принятие решения и адекватные ответные действия. Все они обеспечиваются центральной нервной системой (ЦНС). Нарушения функционального состояния (ФС) ЦНС, приводящие к снижению психофизиологической адаптации (ПФА), отражаются на надежности профессиональной деятельности и могут приводить к возрастанию риска возникновения аварийных ситуаций по вине персонала [1].

Оценить ФС ЦНС и уровень ПФА позволяет психофизиологическое обследование (ПФО), которое проходят работники ядерно опасных предприятий и производств в рамках обязательных ежегодных медицинских осмотров [2, 3]. Опыт проведения  ПФО показал целесообразность применения комплексного подхода к определению уровня ПФА с использованием методик, учитывающих психическую, психофизиологическую и физиологическую сферы человека [1, 3, 4].

Разработанная нами концептуальная модель ПФО персонала объектов использования атомной энергии позволяет оценить функциональную активность (ФА) условно выделенных нами структурно-функциональных образований (СФО) ЦНС, ФС ЦНС в целом и уровень ПФА [5]. В качестве СФО ЦНС мы рассматриваем следующие: преимущественно кора (СФО-1); корково-подкорковое взаимодействие (СФО-2); центральная регуляция сердечно-сосудистой системы (СФО-3).

Функциональная активность структурно-функциональных образований ЦНС оценивается следующим образом:

• СФО-1 с помощью психологических методик, которые отражают психическую сферу: личностные особенности, психическое состояние человека, черты его характера, уровень интеллекта, уровень интернальностиэкстернальности (степень готовности человека брать на себя ответственность за происходящее с ним и вокруг него), за что в наибольшей степени отвечает кора головного мозга [6];
• СФО-2 с помощью психофизиологических методик, которые отражают динамику скорости нервных процессов, их переключения, уровень зрительно-моторной координации, общий уровень работоспособности и активности ЦНС, что формируется при доминирующей роли корково-подкорковых взаимоотношений [7];
• СФО-3 с помощью физиологической методики определения вариабельности сердечного ритма (ВСР), которая отражает центральную регуляцию сердечнососудистой системы (ССС), за что отвечают подкорковые структуры — диэнцефальные отделы ствола головного мозга [8].

Показатели ФА СФО ЦНС  определяют как высокие, средние, низкие. Это позволяет определить уровень ПФА как интегрального показателя — тоже как высокий, средний, низкий [2, 3, 4]. ПФО проводят с помощью аппаратнопрограммного комплекса (АПК) «ПФС-Контроль» [2, 4]. 

Проведенное ранее ПФО оперативных работников 10 АЭС России показало, что 30% из них имели низкий уровень ПФА [9, 10]. При оценке ФС ЦНС у этих работников с помощью ЭЭГ при низком уровне ПФА статистически значимо чаще, чем при высоком, выявляли показатели, рассматриваемые как аномальные [11, 12]. Это свидетельствовало об ухудшении ФС ЦНС. Наибольшее число аномальных показателей выявили при низкой ФА СФО, отражающего центральную регуляцию ССС [9–12].

В вопросах адаптации человека к условиям жизнедеятельности, включая напряженную и ответственную профессиональную деятельность, важное значение придают изучению энергетического метаболизма головного мозга [13], лежащего в основе функциональной пластичности мозга [14]. В исследованиях с использованием  нейроэргометрии, оценивающей церебральный энергообмен путем регистрации уровня постоянного потенциала (УПП) головного мозга [15], были установлены изменения, возникающие в условиях напряженной жизнедеятельности в ЦНС при развитии адаптивных реакций. Показано, что в сложных природно-климатических условиях Арктической зоны Российской Федерации (РФ) у проживающих постоянно и у мигрантов наблюдаются изменения адаптивных реакций в виде усиления церебрального энергообмена [16]. У жителей Арктической зоны РФ отмечена тесная связь между световым режимом, состоянием церебрального энергообмена и тревожностью. Сезонные изменения церебрального энергообмена в виде его усиления в светлые периоды года у людей с высоким уровнем тревоги протекают с более выраженным усилением энергообмена, чем у лиц с низким уровнем тревожности [17]. При изучении взаимосвязи деятельности  мозга с энергетическим метаболизмом было показано, что интенсивную интеллектуальную нагрузку сопровождает более значительное усиление церебрального энергообмена, чем менее интенсивную [13]. Выявлены также различия в усилении церебрального энергообмена в разных зонах коры при умственной нагрузке разного типа [18].

Вопросы энергетического метаболизма головного мозга при адаптивных реакциях человека, несмотря на значимость, практически не изучены у работников ядерно опасных предприятий и производств. Не изучен церебральный энергообмен у работников атомной отрасли при низком уровне ПФА.

В электроэнцефалографии, широко используемой при изучении механизмов перестроек ФС ЦНС в норме и патологии, для оценки церебрального энергообмена разработан показатель — величина межполушарных различий (ВМПР) мощности биопотенциалов (БП) ЭЭГ гомологичных отведений [19], который был применен в настоящем исследовании. Сопоставление данного показателя с используемым в  нейроэргометрии показателем УПП, выявившее их сходство при оценке изменений ФС ЦНС [20], подтверждает обоснованность применения ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений для анализа церебрального энергообмена у лиц с низким уровнем ПФА.

Целью работы было изучить особенности церебрального энергообмена у работников ядерно опасных предприятий и производств с низким уровнем ПФА.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования были архивные ЭЭГ, записанные у работников ядерно опасных предприятий и производств при прохождении ПФО во время медосмотра. Критерии включения: ЭЭГ лиц, не имевших противопоказаний к продолжению работы по результатам медосмотра и ПФО. Выделено 311 ЭЭГ, из них 159 ЭЭГ лиц с низким уровнем ПФА (50,8 ± 4,6 лет; 146 мужчин, 13 женщин), 152 ЭЭГ лиц с высоким уровнем ПФА (48,8 ± 1,5 лет; 140 мужчин, 12 женщин). В связи с небольшим количеством женщин, группы рассматривали как однородные.

ПФО проводили на АПК «ПФС-КОНТРОЛЬ» [2–4]. Использовали следующие психологические методики:

• методику многостороннего исследования личности (ММИЛ; адаптированный вариант MMPI [2, 3, 21, 22]);
• 16-факторный личностный опросник Рэймонда Кеттела (16-ФЛО, форма А) [2, 3, 23];
• «прогрессивные матрицы» Джона Равенна [2, 3, 24];
• «уровень субъективного контроля» (УСК) [2, 3, 25]; на основании методик выделяли СФО-1.

Психофизиологические методики:

• простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР), сложная зрительно-моторная реакция (СЗМР), реакция на движущийся объект (РДО); на основании методик выделяли СФО-2.

Физиологическая методика: ВСР; на основании методики выделяли СФО-3.

Для оценки церебрального энергообмена были сформированы две группы в зависимости от уровня ПФА:

• 1-я группа с низким уровнем ПФА (n = 159);
• 2-я группа с высоким уровнем ПФА (группа сравнения; n = 152).

Сформированы также две подгруппы в зависимости от ФА СФО ЦНС:

• 1-я подгруппа с низкой ФА — СФО-1 (n = 48), СФО-2 (n = 53), СФО-3 (n = 110);
• 2-я подгруппа с высокой ФА — СФО-1 (n = 117), СФО-2 (n = 71), СФО-3 (n = 87).

ЭЭГ регистрировали на аппарате ЭЭГА-21/26 «Энцефалан-131-03» («МЕДИКОМ МТД»; Россия) по стандартной схеме «10–20%» в состоянии пассивного бодрствования. Электроды помещали в зонах коры: Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, T3, Т4, Т5, Т6, C3, C4, P3, P4, O1,O2. Отведение монополярное, индифферентные электроды помещали на мочках ушей. Оцифровка сигналов — 1024, скорость развертки — 30 мм/с. Регистрировали диапазоны: 0–3,5 Гц — δ; 4,0–7,0 Гц — θ; 8,0–13,0 — α; 14–24 Гц — β1; 25–35 Гц — β2.

Для вычисления показателя церебрального энергообмена:

• безартефактные отрезки фоновой записи (1,5–2 мин) обрабатывали по программам ЭЭГА-21/26 «Энцефалан-131-03» и получали цифровые значения 10-ти фрагментов спектральной мощности БП ЭЭГ в каждом из отведений гемисфер;
• для расчета разницы между двумя величинами от условной средней в % по формуле (А-Б)/(А+Б) — 100%, где А — мощность БП ЭЭГ в отведении левого полушария, Б — мощность БП ЭЭГ в гомологичном отведении правого полушария) вычисляли значения ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений;
• абсолютные значения ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений усредняли во всех диапазонах (α, δ, θ, β1, β2) для каждой пары отведений; полученные значения являлись показателями церебрального энергообмена в условных единицах (усл. ед.);

• вычисляли усредненные показатели церебрального энергообмена отдельно для передних отделов коры (Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, T3, Т4, Т5, Т6) и задних отделов коры (С3, С4, Р3, Р4, О1, О2) [19].

Статистическую обработку данных проводили  с помощью программ STATISTICA 6 для Windows (StatSoft Inc.; США) и Biostat (AnalystSoft; США). Обработка массива данных по программе STATISTICA 6 включала расчет средних арифметических величин (М) и ошибок (m). Достоверность различий средних значений оценивали с использованием критерия Стьюдента. Различия в группах сравнения считали значимыми при р < 0,05. Обработка массива данных по программе Biostat включала расчет критерия χ², уровень значимости p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В табл. 1 представлены показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений в передних и задних отделах коры при низком и высоком уровнях ПФА.

Как при низком, так и при высоком уровнях ПФА значения показателей в передних отделах коры были больше, чем в задних. В передних отделах коры церебральный энергообмен был выше, чем в задних. Это соответствует аналогичным соотношениям в норме у здоровых людей [19].

При низком уровне ПФА показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений в передних отделах коры увеличились (относительно высокого уровня). В задних отделах коры значения показателей ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений при низком и высоком уровнях ПФА не различались.

Из приведенных данных следует, что при низком уровне ПФА церебральный энергообмен усиливался в передних отделах коры и не изменялся в задних.

В табл. 2 представлены показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений в передних и задних отделах коры при низкой и высокой ФА СФО ЦНС.

В СФО-1 при низкой ФА показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений увеличились (относительно высокой ФА) в передних отделах коры и не изменились в задних.

Аналогично в СФО-2 при низкой ФА показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений увеличились (относительно высокой ФА) в передних отделах коры и не изменились в задних.

Из данных следует, что в СФО-1 и СФО-2 при низкой ФА церебральный энергообмен усиливался в передних отделах коры и не изменялся в задних.   

При низкой ФА СФО-3 показатели ВМПР мощности БП ЭЭГ гомологичных отведений в передних и задних отделах коры не отличались от аналогичных показателей при высокой ФА. Церебральный энергообмен в передних и задних отделах коры не изменялся.

Таким образом, при низком уровне ПФА и низкой ФА СФО-1, СФО-2 церебральный энергообмен усиливался в передних отделах коры и не изменялся в задних. При низкой ФА СФО-3 церебральный энергообмен в передних и задних отделах коры не изменялся.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Из результатов работы следует, что церебральный энергообмен при низком уровне ПФА усиливался. В ранее проведенных электроэнцефалографических исследованиях работников АЭС было установлено, что при низком уровне ПФА в ЭЭГ выявляются признаки ухудшения ФС ЦНС в виде увеличения показателей, рассматриваемых как аномальные [9–12]. По данным литературы, при низкой адаптации в ЭЭГ приблизительно в 80% наблюдений фиксируются формы активности, существенно отличающиеся от нормы и свидетельствующие об ухудшении ФС ЦНС [9–12]. Можно предположить, основываясь на приведенных данных, что усиление церебрального энергообмена у работников ядерно опасных предприятий и производств с низким уровнем ПФА свидетельствовало об ухудшении ФС ЦНС. 

ПФА представляет системный ответ организма на действие внешних и внутренних факторов, который направлен на достижение приспособительного результата [1, 4, 21, 26]. В качестве основного ее механизма рассматривают стресс [27, 28]. Показано, что  при стрессе, возникающем как неспецифическая реакция организма на значительные воздействия внешних и внутренних факторов [27, 28], закономерно снижаются уровень адаптации, ухудшается ФС ЦНС и усиливается энергетический метаболизм головного мозга [15]. Эти данные подтверждены в исследованиях церебрального энергообмена у проживающих в неблагоприятных климатических условиях арктической зоны РФ [16], а также у проживающих в условиях арктической зоны и имеющих высокий уровень тревожности [17]. Можно предположить, что усиление церебрального энергообмена при низком уровне ПФА, выявленное в нашем исследовании, явилось следствием стрессовых реакций, развившихся у работников атомной отрасли в ответ на значительные воздействия внешних и внутренних факторов при осуществлении напряженной и ответственной профессиональной деятельности.

Повышение церебрального энергообмена указывает, вероятно, на включение дополнительных психофизиологических механизмов, которые позволяют лицам с низким уровнем ПФА справляться с нагрузками. Однако такой компенсаторный механизм не оптимален, истощает и требует  дополнительного восстановления. Поэтому возникновение подобных изменений следует расценивать как критическое для персонала ядерно опасных предприятий и производств.

По результатам работы церебральный энергообмен усиливался при низкой ФА СФО-1 и СФО-2, которые отражают психическую и психофизиологическую сферы человека, и не изменялся при низкой ФА СФО-3, отражающей физиологическую сферу.

В соответствии с концептуальной моделью ПФО СФО-1 рассматривают как преимущественно корковое, СФО-2 — как корково-подкорковое взаимодействие, СФО-3 — как центральную регуляцию сердечнососудистой системы [5]. За функции, осуществляющиеся при участии СФО-1, в наибольшей степени отвечает кора головного мозга [6]. Функции, осуществляющиеся при участии СФО-2, формируются при доминирующей роли корково-подкорковых взаимоотношений [7]. За функции, осуществляющиеся при участии СФО-3, в наибольшей степени отвечают подкорковые структуры — диэнцефальные отделы ствола головного мозга [8]. ПФА, в соответствии с существующими представлениями, рассматривают как системный процесс, основанный на переработке информации [29]. Можно предположить, основываясь на приведенных представлениях, что процессы церебрального энергообмена в наибольшей степени вовлечены в переработку информации при осуществления функций, за которые преимущественно отвечает кора головного мозга (СФО-1), а также при осуществлении функций, которые формируются при доминирующей роли корково-подкорковых взаимоотношений (СФО-2). В меньшей степени процессы церебрального энергообмена вовлечены в переработку информации при осуществлении функций, за которые в наибольшей степени отвечают подкорковые структуры — диэнцефальные отделы ствола головного мозга (СО-3).

Можно также предположить, что усиление церебрального энергообмена является компенсаторным нейробиохимическим процессом, направленным на повышение ФА наиболее важных СФО ГМ.

Усиление церебрального энергообмена в передних отделах коры ГМ как при низком уровне ПФА, так и при низкой ФА СФО ЦНС, участвующих в психических и психофизиологических функциях, связано с их большей динамичностью в условиях повышенных нагрузок по сравнению с физиологическими функциями. СФО, связанное с регуляцией сердечно-сосудистой системы, отличаются автономностью, и в поддержании его ФА участвуют, по-видимому,  другие механизмы.

ВЫВОДЫ

У работников ядерно опасных предприятий и производств при низком уровне психофизиологической адаптации церебральный энергообмен усиливается в передних отделах коры и не изменяется в задних. При низкой функциональной активности структурнофункциональных образований, отражающих психическую и психофизиологическую сферы, церебральный энергообмен усиливается в передних отделах коры и не изменяется в задних. При низкой функциональной активности структурно-функционального образования, отражающего центральную регуляцию сердечнососудистой системы, церебральный энергообмен в передних и задних отделах коры не изменяется. Для установления причин отсутствия изменений церебрального энергообмена в этом СФО необходимо проведение специальных исследований.

Результаты исследования важны не только для нейронауки, но и для практического применения медицинских целях.