"Биохимические диагностики процессов утомления".

МКОУ «БОГУЧАРСКАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по химии

НА ТЕМУ: « Биохимические диагностики процессов утомления»

                    Выполнила:

                                                                 ученица 11 «социально-гуманитарного» класса

                                                                  МКОУ БСОШ №2 Нагорная Екатерина

                                                                  Преподаватель: Хаустова Ольга Анатольевна

                                                                 2013 год

План

                                                                                                                         Стр.

1. Введение.                                                                                  2
2. Основная часть.                                                                        3

                                  1. Что такое утомление?                                                            3

                                      Биологическое значение утомления                                        

                      2. История развития утомления                                                4

                                  3. Обоснование идей нервизма в теории утомления              5

                      4. Гуморально-локалистические теории мышечного             8

                          утомления

                      5. Разновидности утомления                                                     9

                      6. Общие механизмы утомления                                              10

                      7. Принципы диагностики утомления                                     11

                      8. Психофизиологическая диагностика утомления                13

                                  9. Объективные и субъективные признаки усталости,          15

                                      утомления и переутомления

                     10. Биохимические изменения в организме                             18

                           при выполнении физических  нагрузок.                      

                     11. Практическая часть                                                               20

                  III. Заключительная часть.                                                             23

               IV. Литература                                                                                 24

                V. Приложения

                      №1                                                                                                25

                      №2                                                                                                26

                      №3                                                                                                27

                      №4                                                                                                28

                      №5                                                                                                29

                   №6                                                                                                30

                   №7                                                                                                31

                      №8                                                                                                32

                      №9                                                                                                33

1

Введение.

           В условиях быстро меняющейся действительности наблюдается всё большая специализация образования. Колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся не в состоянии сосредоточиться на её усвоении, с трудом отслеживают научные достижения и не всегда осознают смысл их лавинообразно растущего потока.

          Занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких спортивных результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил. Не все достигают поставленных целей, «сходят с дистанции» из-за перенапряжения.

          И в том и в другом случае у учащихся развивается утомление, а в крайних случаях и переутомление. По мнению Матеева Д.Р., утомление – естественное физиологическое явление, и появляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной, физической. В.В. Розенблат определяет его как приспособительную защитную реакцию организма от чрезмерного функционального истощения центрально-нервного звена и периферии.

          Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны. Природа его до сего времени остается неизученной. В разное время было высказано много всевозможных гипотез и теорий: «токсическая теория», «теория истощения», «периферическая теория» и другие.

          Многочисленными экспериментальными исследованиями и клиническими наблюдениями показано, что утомление, развивающееся вследствие проделанной мышечной работы, довольно четко проявляется:

• в изменениях физиологических функций (Рогов А.А., Шабунин Р.А., и др.);
• в различных вегетативных функциях (Летунов С.П., Мотылянская Р.Е., и др.);
• в изменении обмена веществ в организме (Яковлев Н.Н., Горкин М.Я., и др.);
• в усиленном выделении белка с мочой (Волков В.Н., Зубенко А.К., и др.);
• увеличением в крови кортикостероидов (Кальмуцкая Т.Г., Срябин В.В., и др.);
• изменением свертываемости крови (Исамбаева В.А., Маджуга А.В.);
• изменением фагоцитарной активности нейрофилов (Вылчанов В., Русчуклиев И.,и др.).

          В литературе я обнаружила очень малое количество биохимических методик ранней диагностики утомления. Изучение биохимических основ утомления и его диагностирование доступными средствами и стало целью моего исследования.

          Гипотеза моего исследования состоит в том, что внешнее проявление утомления будет сопровождаться изменениями активности и кислотности слюны и пота.

          Объект исследования – старшеклассники – учащиеся 10 социально-гуманитарного класса.

          Предмет исследования – биохимическое изменение в слюне и поте учащихся при наступлении утомления.

          Объект, предмет и цель исследования определили круг исследовательских задач:

1. Выявить изменения в кислотности слюны учащихся при наступлении утомления.
2. Выявить изменения в активности слюны учащихся при наступлении утомления.
3. Выявить изменения в составе пота учащихся при наступлении утомления.

2

          Что такое утомление?

          Биологическое значение утомления.

           Утомление – сложный процесс, затрагивающий все уровни деятельности организма (молекулярный, субклеточный, клеточный, органный, системный, целостного организма) и проявляющийся в совокупности изменений, связанных со сдвигами гомеостаза, регулирующих, вегетативных и исполнительных систем, развитием чувства усталости, временным снижением работоспособности и ее эффективности.

          Биологическое значение утомления состоит в том, что оно «приводит к возникновению торможения в центральной нервной системе (первично или вторично) и обеспечивает защиту последней и всего организма от перенапряжения и истощения.

          Физиологическое значение утомления заключается в том, что в связи с тренировкой появляется устойчивость к утомлению. Утомление является ведущим механизмом адаптации благодаря мобилизации резервных возможностей. Изменения, происходящие во время утомления, являются своеобразными стимулами для формирования функциональных и конструктивных трансформаций в организме, составляющих суть развития тренированности (адаптированности).

В развитии утомления можно выделить две фазы:

           Первая фаза – преодолеваемое, или скрытое утомление, когда работоспособность еще может поддерживаться на прежнем и даже высоком уровне, благодаря усилению коркового возбуждения, несмотря на выраженную уже дискоординацию вегетативных функций и снижение коэффициента полезного действия организма.

         Втора фаза – непреодолимое, иначе «явное» утомление, когда внешний эффект работы заметно снижается, или работа вынужденно прекращается, несмотря на все усилия работающего. В этой фазе непреодолимо развиваются явления охранительного торможения в центральной нервной системе, приводящие к вынужденному прекращению работы.

3

 История развития утомления.

         В континууме состояний человека особое место занимает состояние, связанное с трудовой деятельностью. Любая производственная деятельность человека сопровождается мобилизацией функциональных резервов, разной степени выраженности – от весьма слабой (легкая работа) до предельной, характеризующей истощающую рабочую нагрузку. В зависимости от уровня требований к функциональным  системам, связанным с рабочей нагрузкой, принято выделять разные степени тяжести труда. Широко известны классификации труда по тяжести и напряженности. Во всех случаях исследователи отмечают факт снижения работоспособности к концу работы, а иногда и в боле ранние сроки (через 3-4 часа и даже ранее). Речь идет об утомлении.

         Несмотря на давний интерес исследователей к проблеме утомления, огромное число публикаций и методологических подходов, общепризнанной теории, объясняющей механизмы развития утомления, до сих пор нет. Даже в последних обзорах, посвященных этой проблеме, авторы ссылаются на работу Bartley & Сhute 1947 года, где приводятся сведения о более чем ста определениях состояния утомления. Надо полагать, что за прошедшие почти пятьдесят лет это число увеличилось. Несомненно и другое – пристальное внимание к проблеме утомления, успехи физиологии и психологии труда, совершенствовании методов и использование разнообразных подходов существенно продвинули нас в понимании механизмов формирования этого особого состояния. Среда наиболее общих проявлений состояния утомления выделяется уменьшение силы и выносливости мышц, ухудшение координации движений, увеличение энергетической стоимости одной и той же работы, замедление скорости переработки информации, ухудшение характеристик памяти, внимания, возникновение ощущения дискомфорта вплоть до отказа от деятельности. Исследования отдельных систем организма показали зачастую существенные сдвиги значительного числа показателей их функционирования, а так же нарушение координационных межсистемных связей. Прекращение работы, приводит к восстановлению функций, наступающее через  разные промежутки времени (до 5-10 часов). Длительность периода восстановления коррелирует с тяжестью работы. Чем тяжелее рабочая нагрузка, тем длительнее период восстановления.

         Сегодня большинство исследователей склонны признать следующее определение. Утомление – особый вид функционального состояния человека, временно возникающего под влиянием продолжительной или интенсивной работы, сопровождающийся снижением ее эффективности. Как видим, в приведенном определении ничего не говорится о механизмах, формирующих это состояние. Отмечается лишь его временный характер, связь с рабочей нагрузкой и влияние на эффективность труда. Столь поверхностное, феноменологическое определение утомления объясняется широким спектром функциональных изменений в организме и невозможностью зачастую выделить ведущие звенья процесса, приводящего к снижению эффективности психофизиологического обеспечения деятельности.

          Выделяется несколько аспектов проблемы утомления: природа утомления; его диагностика; прогнозирование; пути борьбы с утомлением и стимуляция работоспособности.

          Первую попытку подойти к решению проблемы утомления обычно приписывают Галилею, который столкнулся с эти явлением при анализе механики работы мышц. Решение, к которому пришел ученый, было сугубо механическим, что вполне соответственно уровню знаний и направлению научной мысли той эпохи. По мнению Галилея, утомление связанно с тем, что скелетные мышцы поднимают против силы тяжести не только собственный вес, но и вес остального тела. В противоположность этому сердце имеет дело только с собственным весом, и оно неутомимо.

       По мере развития физиологической науки ряд исследователей, особенно в 18 в. и первой половине 19 века, затрагивали проблему утомления (Галлер,  Витт, Прохаска и др.), но работы эти были  все же лишь эпизодическими.

          Систематические исследования физиологов в данной области развернулись в основном с середины прошлого века. При этом сразу же обрисовались вначале гуморально-локалистическое, затем центрально-нервное направление. Первое из них было длительное время господствующим.

4

 Обоснование идей нервизма в теории утомления.

         Со времени начала исследований проблемы утомления в опытах на человеке стали возникать представления о роли в этом процессе нервной системы. Основоположником этих представлений считают иногда Моссо. Зарубежные авторы часто говорят о борьбе «центральной» теории Моссо и «периферической» теории Иотейко. Однако взгляды Моссо были все же недостаточно последовательными.

        Так, в исследованиях, обобщенных в его монографии «Усталость», Моссо, с одной стороны, показал, что при усталости, вызванной умственной работой, значительно снижается мышечная работоспособность. С другой стороны, он отмечал, что «недостаток силы в движениях усталого человека, как и лягушки, зависит от того, что работающая мышца производит вредные вещества, затрудняющие сам акт сокращения».

        Роль нервной системы подчеркивали и некоторые другие исследователи, в частности Ломбард, а Ньюмен, почти пересказывая положение И.М. Сеченова спустя 10 лет после его смерти, писал: усталость есть усталость нервной системы, хотя по ощущению ее относят к мышцам.

        В отличии от ведущего течения зарубежной физиологии отечественная физиологическая мысль в вопросе об утомлении в основном с самого начала стояла на методологически правильных позициях. Два принципа: изучение утомления на человеке и выявление роли центрально-нервных моментов – являлись ведущими для отечественных исследователей. Это нельзя считать случайностью. Передовые идеи русских мыслителей-материалистов А.И. Герцена, Н.Г.Чернышевского, Д.И. Писарева не могли не оказать глубокого влияния на теорию естествознания, тем более что проводником этого влияния в физиологии был И.М. Сеченов.

         Так, Н.Е.Введенским (1885, 1886) было открыто явление периферического торможения, пессимума. Было показано, что угнетение работоспособности, наблюдаемое в опытах с изолированным препаратом, может представлять не только обычное утомление, но и реакцию типа торможения, которое бывает при слишком частых или сильных раздражениях. В дальнейшем исследователи школы Н.Е. Введенского четко разграничивали эти процессы. Весьма важное значение имел и тот, открытый Н.Е. Введенским факт, что пессимум связан с прекращением передачи импульса с нерва на мышцу.

         С опубликованием конструкции эргографа Моссо в русской физиологии изучение утомления в наблюдениях над человеком заняло ведущее место. Уже в 1891 г. Из лаборатории проф. И.Р. Тарханова вышла докторская диссертация В.О. Бугословского, в которой было подчеркнуто влияние эмоций на мышечную работу человека, а также указано на стимулирующее действие некоторых раздражений экстерорецепторов (опрыскивание холодной водой, запах аммиака и т.д.).

         Таким образом, еще до работы И.М. Сеченова, специально посвященной проблеме утомления и отдыха, руководящие идеи его физиологической концепции, воспринятые его учениками, привели к накоплению в отечественной литературе ряда работ, послуживших И.М. Сеченову предпосылкой для обоснования взгляда о центрально-нервной природе мышечного утомления.

         Именно И.М. Сеченова следует считать основоположником этой теории. Предшествующие авторы, хотя и говорили о роли мозга в утомлении мышц, либо шли в этом отношении не до конца, пытаясь увязать центрально-нервную концепцию с токсической теорией Моссо, либо высказывались в самой общей форме (сотрудники Тарханова).

          После опубликования работы И.М. Сеченова появился ряд интересных исследований русских авторов, например вышедшая из лаборатории В.М.Бехтерева диссертация С.И. Топалова (1909), который показал, что отвлечение внимания от выполняемой на эргографе работы  в определенной степени замедляет наступление утомления.

          Первое направление, развитое Л.Л. Васильевым и М.И. Виноградовым, говорит о большой роли процессов центрального торможения в механизме утомления при мышечной работе. Полемизируя со сторонниками токсической теории, Л.Л. Васильев (1923) писал: «Мы утомляемся не оттого, что отравляемся кенотоксином, а для того, что не отравляться им». Развив

5

положение о том, что центрально-нервный механизм трудовых процессов есть доминанта Ухтомского (Л.Л. Васильев и др., 1926), Л.Л. Васильев экспериментально обосновал положение о торможении как факторе утомления (Л.Л. Васильев и А.А. Князев, 1925). По Л.Л. Васильеву, торможение наступает вследствие:

1. затухания доминанты,
2. воздействия центростремительных импульсов от работающих мышц,
3. влияния на нервные центры биохимических сдвигов в крови при работе. О большой роли, какую играет в утомлении процесс центрального торможения (парабиотического характера), говорит также ряд работ из лаборатории М.И. Виноградова (М.И. Виноградов и В.Е. Делов, 1938; Г.В. Попов, 1938; М.И. Виноградов, 1949, 1958; Л.П.П авлова, 1957, и др.).

        Второе и весьма оригинальное направление в области центрально-нервной теории утомления развито В.А. Левицким (1922, 1926). Подвергнув уничтожению критике гуморально-токсические теории утомления, В.А. Левицкий строит свою концепцию центрального утомления, которая исходит из того бесспорного факта, что сознательно-волевая мышечная деятельность мышц, осуществляемая без контроля сознания (например, работа гладкой мускулатуры, напряжение скелетных мышц в гипнозе, при каталепсии, работа сердца и пр.).

        Теория В.А. Левицкого подверглась серьезной критике (Д.И. Шатенштейн, 1931; Г.П. Конради, А.Д. Слоним, В.С. Фарфель, 1934, и др.).Не говоря уже об умозрительности этой теории, которая не была подкреплена специальными экспериментами автора, она по существу своему встречала серьезные возражения. Безусловно, ошибочно представление о том, что кора мозга представляет систему, оторванную от совершенно автономной и самостоятельной вегетативной системы. Отсюда неверность конкретных представлений автора о механизме утомления. Однако блестящая критика гуморально-локалистических теорий, попытка подойти к трактовке проблемы утомления с историко-эволюционной точки зрения, четкая постановка вопроса о наибольшей утомительности именно сознательно-волевой, т.е. сугубо корковой, мышечной деятельности и, наконец, положение о защитной биологической роли утомления представляют несомненную заслугу В.А. Левицкого перед физиологией, в которую он, крупный гигиенист, вошел только в связи со своим интересом к проблеме утомления.

        Третье из важнейших направлений советской физиологии в области теории утомления связано с именем А.А. Ухтомского (1927, 1934, 1936). Не отрицая того факта, что в эргограммах мы имеем сложное сплетение процессов торможения с процессами собственно утомления (А.А. Ухтомский, 1927), он самым решительным образом протестует против отождествления утомления с торможением. Утомление, по А.А. Ухтомского, есть не защитная реакция и вообще не нормальное состояние, а «дефектное состояние» ткани.

        Точка зрения А.А. Ухтомского была развита Д.И. Шатенштейном (1936, 1939), который толкует с этих позиций результаты своих весьма интересных опытов по исследованию показателей работоспособности и обменных процессов при выполнении работы в состоянии гипноза под влиянием различных внушений. Вызываемое утомительной работой расстройство координации может, по Д.И. Шатенштейну, устранятся соответствующими импульсами нервных центров, переводящих исполнительные аппараты на более высокий уровень деятельности; ведущую роль здесь играют корковые центры.

        Представление это обосновывалось данными школы И.П. Павлова. Аналогичную мысль в отношении, правда, лишь отдельных форм мышечной деятельности высказывали Г.П. Конради, А.Д, Слоним и В.С. Фарфель в их уже упоминавшемся превосходном руководстве по физиологии труда. Однако этот взгляд не получил достаточного развития. Таким образом, советскими физиологами был создан ряд оригинальных направлений в области центрально-нервной теории утомления. Сеченовская идея нервизма была прочно введена в изучение этого вопроса. Однако надо подчеркнуть, что наряду с этими концепциями, в отечественной физиологической и гигиенической литературе весьма широкое хождение имели гуморально-локалистические взгляды.

        Лишь в отдельных статьях и руководствах теория утомления рассматривалась с позиций нервизма (М.Е. Маршак, 1946; В.С. Фарфель, 1948; Д.Е. Розенблюм, 1947).  Большинство

6

пропагандировало взгляды о роли молочной кислоты. В лучшем случае говорилось о предположительном влиянии измененного состава крови на нервные центры и мионевральные соединения (А.Г. Геницианский и А.В. Лебединский ,1947).

        О том, насколько сильно было в широких медицинских кругах гуморально-локалистическое направление, говорят, например, некоторые офтальмологические работы. Так, повышение остроты зрения под непосредственным влиянием физической нагрузки, полученное в одном исследовании (А.Э. Кашук, 1947), трактуется как результат воздействия на сетчатку продуктов жизнедеятельности мышц; возможная роль межцентральных отношений даже не рассматривается.

       Появлением гуморально-локалистической концепции является и взгляд (В.В. Ефимов и С.Л. Шехтман,1948), согласно которому основной механизм действия массажа, восстанавливающего работоспособность утомленных мышц, сводится к одному лишь изменения лимфообращения (т.е. к «вымыванию» из мышц продуктов обмена).

7

   Гуморально-локалистические теории мышечного утомления:

           Для исследователей, развивших гуморально-локалистическую концепцию утомления, исходным пунктом было следующее житейское представление: поскольку при утомлении мышцы слабеют и в них появляется ощущение усталости, утомление – это, прежде всего, процесс в самих мышцах, изменение их свойств в ходе работы. Для выяснения причин, вызывающих утомление мышц, был предпринят ряд исследований на изолированном нервно-мышечном препарате, откуда и родилась гуморально-локалистические взгляды на сущность утомления.

           Взгляды эти базировались на двух категориях фактов, полученных в 50-70-х годах века.

  С одной стороны, Гельмгольцем было установлено, что в работающей мышце накапливаются какие-то растворимые в спирту вещества, вскоре после этого, в 1859 г. Дюбуа-Реймон констатировал сдвиг реакции в утомленных мышцах в кислую сторону. Либих установил, что причиной кислой реакции является появление молочной кислоты; это было подтверждено в 1870 г. Спиро и рядом других авторов.

           С другой стороны, Ранке в 1865 обнаружил, что промывание солевым физиологическим раствором возвращает утомленной мышце лягушки работоспособность.

           Из этих фактов и был сделан вывод о том, что утомление вызывается накоплением в мышце продуктов жизнедеятельности, прежде всего молочной кислоты, и их воздействием на мышцы.

           Таким образом, сущность гуморально-локалистической теории сводилась к тому, что:

1. причиной утомления являются образующиеся в ходе работы продукты обмена;
2. точкой приложения их вредного действия являются сами мышцы, или (согласно «усовершенствованным» позднее представлениям) мионевральные соединения, т.е. точка передачи импульсов с периферического нерва мышцы.

           Основное развитие в зарубежной физиологии получила, как уже указано, теория о роли молочной кислоты. Поддерживаемая работами Ли, Флетчера и Гопкинса и ряда других авторов, теория эта приобрела особый вес после известных работ Мейергофа и Хилла, выяснивших значение молочной кислоты в энергетических превращениях, происходящих в работающей мышце.

          Имелась и другая ветвь токсической теории утомления, развитая бактериологом Вейхартом, который выдвинул мысль о существовании специального – белкового яда утомления.

          Порожденные опытами на нервно-мышечных препаратах, гуморальные теории утомления были перенесены на целостный организм человека. Когда в конце 80-х годов прошлого века Моссо предложил свой эргограф, в связи с чем стали широко проводиться исследования на человеке, толкование получаемых данных шло по тому же гуморально-локалистическому руслу.

          Наибольшее распространение имела «периферическая» теория, развивавшаяся Иотейко. Иотейко не отрицала того, что в ходе работы утомляются и нервные центры, но она считала, что в первую очередь утомляются периферические аппараты. Падение их работоспособности вызывает необходимость более сильных нервных импульсов, в результате чего вторично могут истощаться двигательные нервные центры. Иотейко и Анри провели математический анализ эргограмм, на основании которого старались отдельно выявить роль периферических и центральных моментов. Выведенную ими формулу проанализировал недавно М.И. Виноградов, а потому мы не будем на этом останавливаться.

          Сторонником «периферической» теории был и датский физиолог Линдгард, много работавший в области физиологии физических упражнений. Он развил взгляд в том, что общественная наибольшая утомляемость статических напряжений (т.е. работы, связанной с неподвижным удержанием груза) по сравнению с динамической работой обусловлена быстрым накоплением в непрерывно сокращающихся мышцах молочной кислоты (из-за пережатия вен напряженными мышечными волокнами).

8

 Разновидности утомления.

           До последнего времени выделялись два основных вида утомления, связанных с характером деятельности. Это утомление физическое и утомление умственное. Первое обусловлено интенсивной физической работой, второе – напряженностью ваших функций, таких, как память, внимание, информационная деятельность, творческая активность.

            В зависимости от интенсивности нагрузки выделяют утомление острое и хроническое (М.И. Виноградов). Острое утомление возникает вследствие чрезвычайных нагрузок, характеризуется быстротой развития (до 2-3 мин), резким снижением работоспособности, вплоть до отказа от деятельности.

            Медленно развивающееся утомление формируется в результате длительного воздействия трудовой нагрузки, не носящей чрезвычайного характера. Происходит накопление неблагоприятных сдвигов в системах организма, приводящих к снижению работоспособности.

             В литературе описываются и другие виды утомления – общее, локальное, мышечное, зрительное, умственное и т д. Выделяя эти виды утомления, исследователи отмечают наиболее яркие сдвиги в тех системах, которые в наибольшей степени «загружены» в процессе работы. Границы между указанными видами утомления условны, поскольку в целостном организме трудно себе представить изолированное функционирование отдельных систем. Тем не менее, подобный подход оправдан с точки зрения профилактики и борьбы с утомлением.

            Утомление может различаться по степени выраженности(таблица 1 Приложение №1). Принято выделить четыре степени утомления: от мало выраженного (1 степень) до очень выраженного (4 степень). Отнесение состояния утомления к той или иной группе зависит от степени выраженности сдвигов, соответствующих физиологических, психофизиологических и иных показателей деятельности. В таблице 2 представлены материалы к оценке степени утомления для лиц умственного труда. Рассматриваются следующие показатели – мышечная выносливость (СМУ), объем кратковременной памяти (КП), латентный период простой (ПЗМР) и сложный (СЗМР) зрительно-моторных реакций, показатель переключения внимания (ВН) и критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ)

           Как видно из таблицы 2 (Приложение №2), первая степень утомления характеризуется слабо или незначительно выраженными сдвигами функционального состояния (изменения в пределах 5% можно рассматривать как тенденцию в динамике показателей). Достоверно выраженные сдвиги разной глубины (до 35% и более) определяют принадлежность ко П-IV степеням утомления. Следует обратить внимание на то, что для разных показателей пределы изменений различны. Это связано  с их адаптивностью, «отзывчивостью» на рабочую нагрузку, лабильностью и восстанавливаемостью в течение рабочего периода.

           При физическом труде принято выделять утомление локальное, региональное и общее, в зависимости от доли мышечной массы, участвующей в работе. Понятно, что при этом необходимо использовать иные, чем при умственном труде, показатели (таблица 3 Приложение №3).

           Как видно из представляемого материала, состояние утомления может формироваться за счет весьма широкого круга факторов рабочей нагрузки, которые могут взаимно усиливать свое влияние на организм. Существует огромное количество наблюдений, свидетельствующих о решающем значении санитарно-гигиенических условий рабочей среды на развитие утомления при легкой физической и иной работе. Влияние этих и других факторов рассматривалось нами в разделе, касающемся оценки условий, определяющих работоспособность человека.

9

  Общие механизмы утомления.

             Снижение работоспособности как важнейшей критерий при определении утомления характерно не только для этого состояния. В частности, в динамике работоспособности выделяется период врабатывания, когда в самом начале работы имеет место более или менее длительное возрастание работоспособности до устойчивого уровня. Понятно, что об утомлении здесь не может быть и речи. Далее, известно и хорошо изучено состояние монотонии, когда в результате однообразной несложной нагрузки в центральной нервной системе возникает разлитое торможение, следствием чего является резкое снижение работоспособности. Человек «выключается» из деятельности. Смена рабочего ритма, дополнительная стимуляция или изменение характера рабочих операций возвращает работоспособность человека к исходному уровню. Состояние психического пресыщения, возникающее при аналогичных условиях и так же сопровождающееся снижением работоспособности, легко преодолевается в ходе трудовой деятельности. Эффектом временного снижения работоспособности могут сопровождаться состояния «сенсорного голода», психической напряженности, физиологического и эмоционального стресса.

            При внешней схожести все указанные состояния имеют отдаленную, чисто внешнюю связь с утомлением. Сходство ограничивается тем, что во всех случаях мы можем связать возникновение этих состояний с рабочей нагрузкой и наблюдать снижение работоспособности. Различия же касаются механизмов формирования тех или иных состояний. Механизмы и динамика развития, включение и роль различных систем организма в формировании состояния утомления, выход из него и характер последствия имеют специфические черты.

  Несмотря на длительную историю изучения вопроса, общей теории утомления до сих пор не сформулировано. Многие  исследователи, как нам представляются, весьма справедливо высказывают определенные сомнения в возможности создания единой теории. Подобный скепсис во многом оправдан и имеет весьма прочные обоснования. Перечислим основные из них: во-первых, это многообразие форм и условий труда человека; во-вторых – многообразие состояний и размытость границ между ними; в-третьих – индивидуальность каждой личности, в том числе и в стратегии выхода из неблагоприятного состояния, и различных уровнях адаптационных возможностей. И тем не менее, сегодня мы можем представить себе общий ход событий в организме работающего человека, приводящий к снижению его работоспособности, т.е. при развитии утомления.

             Описанный механизм развития утомления является, в определенной мере, общим как для физического, так и для умственного труда. Однако следует учитывать различия в характере этих видов трудовой деятельности. Основное, как известно, заключается в том, что при физическом труде задействована большая мышечная масса, нагрузка на высшие функции минимальна, а при умственном – двигательная активность может быть минимальной при интенсивной интеллектуальной нагрузке. Это касается, понятно, крайних случаев ( например, труд землекопа и педагога). В большинстве же профессий присутствуют элементы как первого, так и второго, и зачастую бывает трудно определить долю каждой из нагрузок (например, труд в полуавтоматизированном производстве).

10

  Принципы диагностики утомления.

           В прикладном плане важными для обсуждения являются вопросы о методических приемах диагностики утомления. Возрастает внимание к методам оценки функциональных резервов организма, их качественным и количественным характеристикам, как показателям скорости развития утомления, адекватность и информативность профессиональных и функциональных нагрузочных проб. Интересны и возможности новых методических направлений, таких, как, например, оценка изменений уровня функциональной асимметрии парных органов.

          Разработаны некоторые субъективные и объективные методы: тест определения локализации различных ощущении усталости, тест субъективного шкалирования утомления в различных регионах тела, метод измерений периметров конечностей человека.

         Тест определения локализации ощущений усталости состоит из схемы членения поверхности человеческого тела на 100 регионов и небольшой анкеты. При субъективном шкалировании утомления изучаются те локализации, где заранее установлено, что признаки утомления особенно сильно выражены; используется от 5 до 11 шкал. Для определения периметров конечности применяются специальные комплекты измерения, состоящие из измерительных лент шириной от 1 до 3 мм и калиброванных линеек, имеющих деления от 0.1 до 0.2 мм.

         Лабораторные исследования показали перспективность разработанных методов. Так, коэффициент корреляции между полученными данными субъективного шкалирования утомления и объективного измерения снижения работоспособности составлял 0.8  0.9, а между теми же субъективными показателями и увеличением периметров конечности  до 0.75.

         В связи с широким внедрением в различные сферы деятельности автоматизированных систем управления и повышением требований к надежности и эффективности работы операторов этих систем возникла необходимость в углубленном исследовании процессов развития нервного утомления. Помимо прикладной значимости, результаты таких исследований могут иметь большое значение для понимания принципов организации нервных процессов в мозге вообще. Связано это с тем, что хорошо выраженное утомление представляет собой естественную модель системы, доведенной почти до «разрушения», в силу чего становится возможным изучать соотнесенность психофизиологических процессов с активностью конкретных нервных образований.

          Исходным материалом для разработки критериев оценки состояния нервного утомления служили результаты анализа данных психофизиологических экспериментов, в которых, наряду с оценкой деятельности, регистрировалась электроэнцефалографическая активность (ЭЭГ- активность), отводимая от трех пар симметричных пунктов мозга испытуемых. При этом исходили из представлений о том, что взаимосвязь между ЭЭГ отдельных отведений и отдельными компонентами деятельности нельзя фиксировать, пока не известен характер электрической активности других зон. Отсюда вытекает, что координация, взаимосвязь и использование многомерных методов являются главными при разработке способов диагностики нервного утомления.

          Для решения поставленной задачи разработано два критерия: первый, статистический,  для решения прикладных задач, второй, аналитический – для более подробного изучения механизмов формирования нервного утомления.

          Первый критерий основан на определении границы области допустимых совместных вариаций показателей ЭЭГ. Эта область строится по ЭЭГ - активности, регистрируемой в состоянии оптимальной работоспособности и представляет собой гиперэллипсоид, индивидуальный для каждого испытуемого. Выход за его границы ЭЭГ- показателей начинается раньше, чем возрастает число ошибок в деятельности, что позволяет рекомендовать разработанный критерий для тех случаев, когда основное внимание уделяется предсказанию ухудшения качества деятельности.

           При построении второго критерия исходили из предположения о том, что развитие утомления связано с изменением стабильности системы, характеризующейся выбранными

11

показателями. Он представляет собой аналитическую зависимость между связностью и интенсивностью взаимодействий отдельных отведений. Значение параметров такой зависимости можно найти с помощью построенной специальным методом корреляционной матрицы.

          Исходя из существующих представлений о причинах, механизмах и последствиях состояния утомления, принято выделять несколько подходов к его диагностике:

• оценка эффективности деятельности;
• оценка состояния физиологических систем организма;
• оценка психофизиологических характеристик;
• субъективная оценка состояния.

         Сразу же отметим, что для полноценной диагностики утомления исследователи, как правило, используют все перечисленные подходы. Это обусловлено пониманием природы состояния утомления и в первую очередь тем обстоятельством, что в основе утомления лежит дискоординация функциональных систем. Не следует забывать и о роли утомления как защитной реакции на чрезмерную нагрузку организма.

         Использование этого критерия позволяет сделать определенные выводы как о роли собственных механизмов регуляции отдельных нервных центров, так и о значимости межцентральных взаимодействий в процессе развития нервного утомления.

12

Психофизиологическая диагностика утомления.

          Диагностика состояния человека важна для многих сфер его жизни и деятельности. В психологии труда, спорта, военной и космической психологии знать, в каком состоянии находится человек, целесообразно по нескольким причинам. Во-первых, чтобы оценить уровень его активности, его самочувствие. Во-вторых, чтобы прогнозировать уро­вень его работоспособности и либо принять меры для ее повышения путем регуляции возникшею негативного состояния, либо принять решение о прекращении деятельности, чтобы сохранить здоровье человека или предупредить негативные последствия возникшего состояния. В сфере профессионального и педагогического общения, в переговорном процессе важно знать эмоциональное состояние партнера по общению, чтобы выбрать адекватные формы и способы общения и избежать возникновения конфликта.

          Исходя из целей диагностики и контроля состояний (надежности) системы, нормирования работы оператора и параметров обитаемости, регламентации времени отдыха, контроля тренировки и обучения, экспериментальной оценки и испытаний системы в период государственных испытаний и т. д. можно выделить шесть задач, решаемых диагностикой состояния.

1.    Определить готовность человека к предстоящей деятельности.

2.   Зарегистрировать момент изменения состояния.

3.    Найти переход в стадию динамического рассогласования.

4.    Определить способность оператора выполнить работу при заданном уровне деятельности.

5.    Определить переход оператора в определенное заранее состояние.

6.    Сравнить состояние человека до и после выполнения определенной деятельности или действия (Зараковский и др., 1974, с. 108).

          Оценка психического состояния обвиняемого (или подсудимого) в период совершения инкриминируемых ему действий является одной из основных задач эксперта-психолога. Эта оценка, если с ней соглашается суд, существенно влияет на формирование представлений суда о степении виновности подэкспертного и, следовательно, на жесткость приговора в рамках данной статьи Уголовного кодекса. Так, состояние сильного душевного волнения суд обязан во всех случаях в соответствии со ст. 38 УК РФ учитывать как смягчающее вину обстоятельство. Наличие же внезапно возникшего сильного душевного волнения, вызванного насилием, тяжким оскорблением со стороны пострадавшего или другими неправомерными действиями, унижающими честь и достоинство личности обвиняемого, ведет к изменению юридической квалификации содеянного и значительному снижению меры наказания. Не менее важное значение имеет экспертиза психического состояния при некоторых автотранспортных происшествиях, при анализе ряда других деяний (Лысков, 1981, с. 38—39).

          Способы диагностики состояний зависят от специфики последних; одно дело — эмоциональные состояния, связанные чаще всего с их проявлением в экспрессии, а другое дело — мотивационные, волевые и функциональные состояния, при которых возникающие изменения в психике и организме могут быть скрыты от наблюдателя.

          Все методы изучения состояний можно разделить на следующие группы:

1)  наблюдение за поведением и экспрессией человека;

2)  опрос человека о его переживаниях в данный момент;

3)  измерение физиологических показателей: частоты пульса и дыхания, газообмена, ЭЭГи т. д. (рис 12.1);

4)  измерение психологических показателей (времени реакции, концентрации и переключения внимания и т. п.);

5)  пролонгированная фиксация эффективности деятельности.

          Исторически такой подход к оценке функционального состояния, в том числе и утомления, возник в отношении профессий, где превалирует информационное взаимодействие человека и рабочей среды (умственный и творческий труд, деятельность человека в полностью и частично автоматизированном производстве, операторские профессии). Исследовались деятельности

13

анализаторов (зрительного, слухового, тактильного), интегральные функции – зрительно-моторная и аудио-моторная координация, регуляция двигательных актов, переработка информации, память, внимание, процесс принятия решений. В последнее время в физиологии труда все шире используются психологические методы – тестирование свойств личности, психологических процессов. Так же как и в отношении физиологических показателей, психофизиологические тесты должны соответствовать реально выполняемой человеком деятельности. Диагностическую ценность представляют только те показатели, которые выявляют сдвиги в системных реакциях в процессе деятельности. Важным представляется оценка межсистемных взаимоотношений, особенно в сфере центральной регуляции моторной и висцеральной функций, Л.Б.Леонова (1984) считает, что одна из наиболее перспективных путей создания психометрических методик связанных с использованием теоретических представлений о функциональной структуре различных психических процессов.

14

          Объективные и субъективные признаки усталости, утомления и переутомления.

            Переутомление - это патологической состояние, развивающееся у человека вследствие хронического физического или психологического перенапряжения, клиническую картину которого определяют функциональные нарушения в центральной нервной системе.

            В основе заболевания лежит перенапряжение возбудительного или тормозного процессов, нарушение их соотношения в коре больших полушарий головного мозга. Это позволяет считать патогенез переутомления аналогичным патогенезу неврозов.  

           Существенное значение в патогенезе заболевания имеет эндокринная система и в первую очередь гипофиз и кора надпочечников. Так, по данным Г. Селье (1960), при действии сильного раздражителя (стрессора) в организме развивается адаптационный синдром, или стресс, в процессе которого усиливается деятельность передней доли гипофиза и коры надпочечников. Эти изменения в эндокринной системе во многом определяют развитие адаптационных реакций в организме к интенсивной физической или психологической деятельности. 0днако хроническое перенапряжение может привести к истощению коры надпочечников и тем самым к нарушению в организме выработанных ранее адаптационных реакций.

           Следует подчеркнуть, что в процессе развития переутомляемости центральная нервная система включает и регулирует стрессорные реакции. В основе же патогенеза переутомляемости лежит нарушение процессов корковой нейродинамики аналогично тому, как это имеет место при неврозах.

            При неврозе изменяется также функциональное состояние нижележащих отделов центральной нервной системы. При этом часто наблюдаемые при переутомлении висцеральные расстройства можно рассматривать как следствие изменений функционального состояния мозга, которые регулируют нейрогуморальные процессы в организме и контролируют вегетативные, гормональные и висцеральные функции. Обычно в клинике заболевания выделяют нечетко отграниченные друг от друга три стадии.

            I стадия. Для нее характерно отсутствие жалоб или изредка человек жалуется на нарушение сна, выражающееся в плохом засыпании и частых пробуждениях. Весьма часто отмечается отсутствие чувства отдыха после сна, снижение аппетита, концентрации внимания и реже -снижение работоспособности. Объективными признаками заболевания являются ухудшение приспособляемости организма к психологическим нагрузкам и нарушение тончайших двигательных координаций. силой). Никаких объективных данных нет.

          II стадия. Для нее характерны многочисленные жалобы, функциональные нарушения во многих органах и системах организма и снижение физической работоспособности. Так, люди предъявляют жалобы на апатию, вялость, сонливость, повышенную раздражительность, на снижение аппетита. Многие люди жалуются на легкую утомляемость, неприятные ощущения и боли в области сердца, на замедленное втягивание в любую работу. В ряде случаев такой человек жалуется на потерю остроты мышечного чувства, на появление неадекватных реакций на физическую нагрузку [Летунов С. П., Мотылянская Р. Е., 1975; Venerando А., 1975]. Прогрессирует расстройство сна, удлиняется время засыпания, сон становится поверхностным, беспокойным с частыми сновидениями нередко кошмарного характера. Сон, как правило, не дает необходимого отдыха и восстановления сил.

         Часто эти люди имеют характерный внешний вид, выражающийся в бледном цвете лица, впавших глазах, синеватом цвете губ и синеве под глазами.

         Нарушения деятельности нервной системы проявляются в изменениях суточной периодики функций и суточного динамического стереотипа. В результате этого максимальное нарастание всех функциональных показателей отмечается у человека не в те часы, когда он обычно максимально занимается, например, во вторую половину дня, а рано утром либо поздно вечером, когда он не занимается. Изменяется также характер биоэлектрической активности головного мозга: понижается амплитуда фонового альфа-ритма, а после длительной мыслительной работы выявляется нерегулярность и нестабильность электрических потенциалов [Васильева В. В.,

15

1970].

         В сердечно-сосудистой системе функциональные нарушения проявляются в неадекватно большой реакции на психологические нагрузки, в замедлении восстановительного периода после них и в нарушениях ритма сердечной деятельности, и в ухудшении приспособляемости сердечной деятельности к нагрузкам. Нарушения ритма сердечной деятельности наиболее часто проявляются в виде синусовой аритмии, экстрасистолии и атриовентрикулярной блокады I степени.

         В покое у человека может быть тахикардия и повышенное артериальное давление либо резкая брадикардия и гипотония вместо бывших в обычном состоянии умеренной брадикардии и нормального артериального давления. В ряде случаев развивается вегетативная дисфункция. Для нее характерны неадекватные реакции сосудов на температурный раздражитель, неустойчивое артериальное давление и преобладание симпатотонии или ваготонии. Нередко у человека наблюдается нарушение регуляции венозного сосудистого тонуса,. проявляющееся в виде усиленного рисунка венозной сети на бледной коже (мраморная кожа).

         В состоянии переутомления у человека повышается основной обмен и часто нарушается углеводный обмен. Нарушение углеводного обмена проявляется в ухудшении всасывания и утилизации глюкозы. Количество сахара в крови в покое уменьшается. Нарушается также течение окислительных процессов в организме. На это может указывать резкое понижение в тканях содержания аскорбиновой кислоты [Яковлев Н. Н., 1977].

         Масса тела у человека в состоянии переутомления падает. Это связано с усиленным распадом белков организма.

         В состоянии переутомления у человека могут выявляться признаки угнетения адренокортикотропной функции передней доли гипофиза и недостаточность деятельности коры надпочечников [Летунов С. П., Мотылянская Р. Е., 1975]. Так, в состоянии переутомления в крови человека определяется уменьшение гормонов коры надпочечников и эозинофилия.

         У человека в состояния переутомления часто имеет место повышенная потливость. У женщин отмечаются нарушения менструального цикла, а у мужчин в ряде случаев может быть понижение или повышение половой потенция. В основе этих изменений лежат нервные и гормональные расстройства.

        Все отмеченные при II стадии переутомления изменения являются следствием нарушения регуляции деятельности и снижения функционального состояния органов, систем органов и всего организма человека. Они также объясняют наблюдающееся при переутомлении понижение сопротивляемости организма к вредному воздействию факторов внешней среды и, в частности, к инфекционным заболеваниям. Последнее во многом определяется также понижением основных иммунобиологических защитных реакций организма, а именно снижением фагоцитарной способности нейтрофилов крови, бактерицидных свойств кожи и уменьшением комплемента в крови [Немироиич-Данченко О. Р., 1975; Илясов Ю. М., Левин М. Я., 1977; Вязь-менский В. Ю. и др., 1977; Шубик В. М., 1978; Иванов Н. И., Талько В. В., 1981].

         III стадия. Для нее характерно развитие неврастении гиперстенической или гипостенической формы и резкое ухудшение общего состояния. Первая форма является следствием ослабления тормозного процесса, а вторая-перенапряжения возбудительного процесса в коре головного мозга. Клиника гиперстенической формы неврастении характеризуется повышенной нервной возбудимостью, чувством усталости, утомления, общей слабостью и бессонницей. Клиника гипостенической формы неврастении характеризуется общей слабостью, истощаемостью, быстрой утомляемостью, апатией и сонливостью днем.

         При переутомлении I стадии следует снизить психологическую нагрузку и изменить режим дня на 2-4 нед, а именно уменьшить общий объем нагрузки, исключить длительные и интенсивные занятия. Основное внимание в режиме дня уделить общей физической подготовке, которая проводится с небольшой нагрузкой. В процессе улучшения общего состояния режим постепенно расширяется и через 2-4 нед. он возвращается к прежнему объему.

         При переутомлении II стадии занятия на 1-2 нед заменяются активным отдыхом. Затем в течение 1-2 мес проводится постепенное включение в обычный режим, как это описано при лечении I стадии переутомления. Все это время запрещается нарушение режима труда и отдыха.

16

   В III стадии переутомления первые 15 дней отводятся на полный отдых и лечение, которые следует проводить в клинических условиях. После этого человеку назначается активный отдых. Постепенное включение в обычный режим дня проводится еще 2-3 мес. Все это время запрещается большая психологическая или физическая нагрузка.

         Лечение переутомления будет успешным только в тех•случаях, когда устраняются все причины, вызвавшие ее, и нагрузка приводится в соответствии с общим режимом жизни. Необходимо проводить витаминизацию организма, особенно витамином С, комплексом витаминов группы В и витамином Е. Хороший результат дает назначение седативных и ноотропных средств (настойка валерианы,новопассит, пирацетама, ноотропила), средств, улучшающих микроциркуляцию сосудов головного мозга (трентал, циннаризин и др.) [Соколов И. К. и др., 1977; Бутченко Л. А., 1980]. При лечении III стадии переутомления можно применять гормоны коры надпочечников и гормоны половых желез.

         Профилактика переутомления строится на устранении вызывающих ее причин. Поэтому интенсивные нагрузки должны применяться только при достаточной предварительной подготовке. В состоянии повышенной нагрузки интенсивные занятия следует чередовать с физическими нагрузками, особенно в дни после экзаменов или зачетов. Все нарушения режима жизни, работы, отдыха, сна и питания, а также физические и психические травмы, интоксикация организма из очагов хронической инфекции должны быть устранены. Усиленные занятия после какого-либо заболевания или в состоянии реконвалесценции после перенесенных заболеваний должны быть запрещены.

         Переутомление в I стадии ликвидируется без каких-либо вредных последствий. Переутомление II и особенно III стадии может привести к длительному снижению работоспособности.

         Для изучения реакции организма на проведенное лечение существуют специальные тесты с физической или психологической нагрузкой. Широкое применение нашли велоэргометрия, телеэлектрокардиологический контроль плавания, ходьбы, гребли, функциональные пробы (PWC170, комбинированная проба и т.д.). В настоящее время весьма показательны психологические тесты - цветовой тест Люшера, СМОЛ, САН, тест Спилбергера, Айзенка и другие, которые достаточно легко поддаются анализу и проводятся с использованием персонального компьютера.

        Чем лучше реакция и быстрее восстановление, тем выше уровень адаптации, а, следовательно, и восстановление нормального состояния человека.

        Методы опроса направлены на выявление качественно различных переживаний состояния, которые могут быть осознаны испытуемым. Характеристика состояния строится на основе анализа своеобразия выявленных симптомов. Объем опросника может включать в себя от нескольких до десятков и сотен признаков. В частности, в широко используемом опроснике Кашиваги (1971) представлены 20 утверждений, описывающих различные проявления утомления (таблица 4 Приложение №4).

        Существуют различные модификации этого теста применительно к отдельным видам деятельности. Следует указать, что субъективная оценка состояния утомления рассматривается лишь как предварительный этап исследования функционального состояния. Полная же картина состояния может быть составлена только с учетом всех подходов, определяющих деятельное состояние человека.

         Наблюдательный тренер или учитель физкультуры об утомлении своих воспитанников судит, и нередко с большой достоверностью, по изменениям их внешнего вида и поведения. В порядке объективизации этой общепедагогической методике, предпринимающейся рядом исследователей, выделяют ряд симптомов утомления, каждый из которых оценивается в баллах, чаще всего по 3-бальной шкале (таблица 5 Приложение №5).

17

Биохимические изменения в организме при выполнении физических                       нагрузок.

            Всяческая мышечная деятельность, в том числе и связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению потребности организма в кислороде. Последнее объясняется повышением интенсивности окислительных процессов, обеспечивающих ресинтез непрерывно расходуемой АТФ.

            Наиболее быстрым путем ресинтеза является реакция перефосфорилирования между АТФ и креатинфосфатом, но возможности этого пути невелики из-за неограниченного содержания креатинфосфата в мышцах. Если на ресинтез АТФ расходовался только креатинфосфат, всего содержания его в мышцах хватило бы на 2 – 3 сек. Работы максимальной интенсивности.

           Наиболее эффективный путь ресинтеза АТФ – дыхательное фосфорилирование, т.е. генерирование АТФ в ходе аэробного окисления различных субстратов. Однако, чтобы последнее протекало без затруднений, необходимо соответствие между запросом организма в кислороде и фактическим его потреблением.

           Чем выше интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении кратковременных физических упражнений максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее интенсивных нагрузках – все в большей степени липиды и продукты метаболизма (жирные кислоты, кетоновые тела). В период отдыха эта группа веществ также является основным субстратом окислительных реакций, поставляющих энергию (в форме АТФ), необходимую для ресинтеза креатинфосфата, гликогена, белков и пр.

           Источником используемых работающими мышцами углеводов служит, прежде всего, содержащийся в них гликоген. При кратковременных физических нагрузках (и в начале всякой работы) он преимущественно и потребляется. Но чем длиннее работа, тем большее значение приобретают гликогеновые запасы печени. В последней усиливается процесс гликогенеза, образующийся сахар поступает в кровь и потребляется мышцами.

          Уровень сахара в крови зависит от соотношения поступления его в кровь из печени и потребления мышцами. Если мобилизация гликогена в печени запаздывает, угнетается или ослабевает вследствие резкого снижения его содержания, то концентрация сахара в крови уменьшается. При кратковременных спортивных нагрузках обычно наблюдается та или иная степень повышения уровня сахара в крови (вплоть до высоких степеней гипергликемии), при очень длительных, как правило, его понижение. Однако у малотренированных спортсменов снижение содержания сахара в крови могут вызывать и кратковременные нагрузки максимальной интенсивности.

          Использование при мышечной деятельности в качестве источников энергии углеводов и липидов находится в реципрокных отношениях, т.е. увеличение потребления углеводов сопровождается уменьшением использования липидов, и наоборот. При высоком уровне сахара в крови содержание в ней свободных жирных кислот невелико, при низком уровне сахара оно возрастает. Интенсивная мобилизация сахара угнетает липолиз и образование жирных кислот в жировых депо, а повышенный липолиз резко ослабляет процесс гликогенолиза в печени.

          Таковы же отношения между содержанием в крови молочной кислоты и кетоновых тел: при высоком уровне молочной кислоты содержание кетоновых тел, как правило, не выше, чем в состоянии покоя, но при понижении уровня молочной кислоты (во время выполнения длительных физических нагрузок или в период отдыха) содержание кетоновых тел возрастает. Последнее свидетельствует об усилении окислении жирных кислот и переходе организма с углеводных на липидные источники энергии.

          При выполнении большинства спортивных нагрузок фактическое потребление кислорода много ниже кислородного запроса. Так, при беге на 100 м последний составляет около 7 л, а фактически потребляется не более 0,5 л. При беге на 400 м кислородный запрос равен 11-13 л, а фактически потребляется менее 3 л; при беге на 10 000 м имеются соответственно следующие величины: 150 и 125 л.

18

    В этих условиях существенная роль в энергетическом обеспечении работы принадлежит

гликолизу, анаэробному окислению углеводородов, заканчивающемуся образованием молочной кислоты, которая уже после работы подвергается дальнейшему окислению, а частично используется для ресинтеза гликогена.

19

Практическая часть.

           Изучив литературу по интересующей нас проблеме, мы приступили к эксперименту. В качестве испытуемых были выбраны учащиеся 10-х классов. Затем мы определились с методиками эксперимента. За состояние покоя мы приняли отсутствие утомления. Для достижения утомления учащимися, им предлагалось выполнить максимальную нагрузку в виде степ – теста в течение 3 минут (нашагивание на скамейку высотой 0,3 метра в максимальном темпе). При этом мы диагностировали утомление по таблице: «Критерии степени утомления».

           Использовались следующие методики.

          Влияние физических нагрузок различного характера на активную реакцию слюны.

          Испытуемым предлагают тщательно прополоскать рот. Затем каждому из них дают 20 мл дистиллированной воды, с тем, чтобы он держал ее во рту, размешивая языком в течение 2-3 минут. Полученные пробы слюны выливают в стаканчики, отмеченные инициалами испытуемых и цифрой 1 (первая проба-уровень покоя).

          После этого испытуемым предлагается бежать на месте в максимально возможном темпе, с подниманием колена до горизонтального положения бедра и энергичными движениями руками, в течение 30 сек. По окончании бега у всех испытуемых снова собирают пробы слюны (как описано выше) – в новые стаканчики (пометив их инициалами и цифрой 2).

          Затем (после отдыха) испытуемым предлагается бежать на месте в умеренном темпе «рысцой» в течение 3 минут. По окончании бега у всех испытуемых снова собирают пробы слюны (как описано выше) – в новые стаканчики (пометив их инициалами и цифрой 3).

          В первую серию пробирок вливают по 1 мл слюны из первого и второго стаканчиков и определяют ее pH с помощью универсального индикатора (с точностью до 1).

          Во вторую серию пробирок вливают по 1 мл слюны из первого и третьего стаканчиков и определяют ее pH с помощью универсального индикатора (с точностью до 1).

          Определение амилазной активности слюны.

          Определение степени активности амилазы слюны основывается на определении количества субстрата (крахмала), расщепляемого 1 мл слюны за определенный промежуток времени (например, 30 минут).

          Количественным определением амилазы пользуются и в клинической практике. В норме моча содержит очень немного амилазы, происходящей из поджелудочной железы. Количество амилазы в моче повышается при панкреатитах, заболеваниях желчных путей и др. При почечной недостаточности амилаза в моче отсутствует.

1. Наливают из бюретки в десять пронумерованных пробирок по 1 мл дистиллированной воды.
2. Добавляют в первую пробирку с помощью пипетки 1 мл слюны, разведенной в 10 раз водой.
3. Перемешивают содержимое первой пробирки при помощи троекратного втягивания пипеткой жидкости из пробирки и последующего выливания из пипетки, а затем переносят 1 мл полученной смеси из первой пробирки во вторую.
4. Перемешивают таким же образом содержимое второй пробирки и переносят 1 мл полученной смеси из второй пробирки в третью и т.д. Из десятой пробирки 1 мл жидкости как излишний выливают. В итоге получают различное разведение фермента: каждая последующая пробирка содержит фермента в два раза меньше, чем предыдущая пробирка.
5. Наливают во все десять пробирок еще по 1 мл дистиллированной воды.
6. Далее наливают  из бюретки во все десять пробирок (начиная с десятой, потом в девятую и т.д.) по 2 мл 0,1% раствора крахмала и перемешивают содержимое каждой пробирки.

20

7. Одновременно помещают все десять пробирок в нагретую до 37° водяную баню.
8. Через 30 минут вынимают пробирки из бани, быстро охлаждают их током холодной воды, перемешивают содержимое каждой пробирки и ставят в штатив.
9. Наливают в каждую пробирку по две капли раствора йода, перемешивают и наблюдают в пробирках гамму цветов от желтого цвета к синему. Желтый цвет свидетельствует об отсутствии крахмала, красноватый – о присутствии промежуточных продуктов расщепления – декстринов, синий – о присутствии крахмала или продуктов его начального расщепления.
10. Вычисляют амилазную активность исследуемой слюны. При этом исходят из следующего. В пробирке, где жидкость окрашена еще в синий цвет, должного расщепления крахмала не произошло. Достаточное расщепление крахмала, очевидно, имеет место в той пробирке, где нет синего оттенка. Пусть, например, это будет пятая пробирка (в шестой пробирке уже имеется синий оттенок). В пятой пробирке неразведенной слюны было 1/320 мл, т.е. мы можем написать:

1/320 мл слюны расщепляет 2 мл 0,1% раствора крахмала

1----------------------------------Х мл 0,1 мл,

Т.е. Х=2*1/1/320=640.

           Следовательно, 1 мл неразбавленной слюны расщепляет за 30 минут при 37° 640 мл 0,1% раствора крахмала. Это принято изображать следующим образом: d (диастаза) 37° / 30´ = 640 единицам (для данного случая)

          При сравнении результатов обнаруживается разница в активности амилазы.

          Определение буферной емкости слюны титрометрическим методом.   

          В 4 чистых стаканчиках наливают по 1 мл слюны: в две из них – взятую в состоянии покоя, а две другие – после работы. Во все стаканчики добавляют по 1 мл Н2О. Определить pH раствора и индикаторов.

          В стаканчики со слюной покоя приливают по 1-2 капли индикатора: фенолфталеин и титруют его 0,01 N раствором до образования слабо-розового раствора слюны. Такие же операции проделайте со слюной, полученной после работы (утомления). Запишите, сколько мл щелочи пошло на титрирование растворов слюны до и после нагрузки. Сопоставьте с полученными результатами. Запишите результаты опыта и сделайте расчеты по формуле:

Vk*Nk=Vщ*Nщ

Nk=Vщ*Nщ/Vk

        Влияние физических нагрузок различного характера на содержание молочной кислоты в поте или урине.

        Молочная кислота диффундирует из клеток и выделяется с потом и мочой. Место сбора пота предварительно смывают водой и вытирают полотенцем. Пот собирают после нагрузки. Полоску фильтровальной бумаги размером 1 х 5 смочите дистиллированной водой и пинцетом наложите на место сбора пота (это может быть предплечье, голень или ладонь). Через 5-7 мин. Пинцетом снимите бумагу и поместите в пробирку с 1 мл Н2О дистиллированной для диффундирования молочной кислоты, с целью получения исследуемой жидкости.

Порядок выполнения работы.

        В 4 чистых стаканчиках наливают по 1 мл слюны: в две из них –  взятую в состоянии покоя, а две другие – после работы. Во все стаканчики добавляют по 1 мл Н2О. Определить pH раствора и индикаторов.

        В стаканчики со слюной покоя приливают по 1-2 капли индикатора: фенолфталеин и титруют его 0,01 N раствором до образования слабо-розового раствора слюны. Такие же

21

операции проделайте со слюной, полученной после работы (утомления). Запишите, сколько мл щелочи пошло на титрирование растворов слюны до и после нагрузки. Сопоставьте с полученными результатами. Запишите результаты опыта и сделайте расчеты по формуле:

Vk*Nk=Vщ*Nщ

Nk=Vщ*Nщ/Vk

        Для нитрования использовался 0,01 N раствора NaOH.

4 г – в 1000 мл

Х г – в 200 мл

        Молярную концентрацию молочной кислоты определяем:

Nk=Vщ*Nщ/Vk

        Т.к. эквивалент молочной кислоты равен 1, то нормальная концентрация численно равна молярной концентрации.

        В эксперименте принимало участие пять человек.

  Перед началом эксперимента определена степень утомления испытуемых по таблице №5.(смотри приложение №5)

1. Юлия В. (МОУ БСОШ №2):

Слюна: покой: См=1мл·0,01/2мл=0,005моль

Утомление: См=20 мл·0,01/10мл=0,02моль

Пот: покой: См=3 мл·0,01/1мл=0,03 моль

Утомление: См=30мл·0,01/1мл=0,3моль

2. Екатерина Г. (МОУ БСОШ % 2):

Слюна: покой: См=2мл·0,01/10=0,002моль

Утомление: См=30мл·0,01/5мл=0,06моль

Пот: покой: См=3мл·0,01/1мл=0,03моль

Утомление: См=10мл·0,01/1мл=0,1моль

3. Вадим М. (МОУ БСОШ №2):

Слюна: покой: См=2мл·0,01/9мл=0,002моль

Утомление: См=275мл·0,01/13мл=0,21моль

Пот: покой: См=8мл·0,01/мл=0,08моль

Утомление: См=20мл·0,01/1мл=0,2моль

4. Даниил П. (МОУ БСОШ №2):

Слюна: покой: См=20мл·0,01/5мл=0,04моль

Утомление: См=20мл·0,01/10мл=0,02моль

Пот: покой: См=4мл·0,01/1мл=0,04моль

Утомление: См=1мл·0,01мл/1мл=0,01моль

5. Алан Р. (МОУ БСОШ №2):

Слюна: покой: См=18мл·0,01/6мл=0,03моль

Утомление: См=30мл·0,01/15мл=0,02моль

Пот: покой: См=8мл·0,01/2мл=0,04моль

Утомление: См=2мл·0,01/2мл=0,01моль

  Полученные данные мы обобщили в следующей таблице и диаграммах. (смотри приложение №7)

  При наступлении утомления у всех старшеклассников наблюдается изменение концентрации молочной кислоты в поте и слюне в сторону увеличения. Наибольшие расхождения в значениях покой – утомление выявлены у Юлии В., Вадима М.

  Изменение цвета раствора слюны с крахмалом свидетельствует о понижении активности ферментов слюны в расщеплении крахмала. Самое заметное цветоизменение выявлено у Вадима М., Юлии В. и Даниила П., однако активность ферментов слюны у Вадима М. была изначально ниже, чем у Юлии и Даниила, что говорит о некоторой утомленности организма Вадима перед началом эксперимента и энергосберегающих ресурсах организма в целом.

22

Заключительная часть.

         Целью моего исследования стало изучение биохимических основ утомления и его диагностирование доступными средствами. Гипотеза моего исследования состоит в том, что внешнее проявление утомления будет сопровождаться изменениями активности и кислотности слюны и пота.

         Круг исследовательских задач состоял в том, чтобы:

- выявить изменения в кислотности слюны учащихся при наступлении утомления;

- выявить изменения в активности слюны учащихся при наступлении утомления;

- выявить изменения в составе пота учащихся при наступлении утомления.

         После ознакомления с литературой, мы пришли к выводу, что колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся не в состоянии сосредоточится на е усвоении, с трудом отслеживают научные достижения и не всегда осознают суть их лавинообразно растущего потока. Кроме того, занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких спортивных результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил. Не все достигают поставленных целей, «сходят с дистанции» из-за перенапряжения. И в том, и в другом случае у учащихся развивается утомление – естественное физиологичекое явление, и проявляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной, физической.

        Также я изучила общие механизмы утомления. Данный механизм является общим как для физического, так и для умственного труда. Однако надо учитывать различия в характере этих видов трудовой деятельности. Основное различие заключается в том, что при физическом труде задействована большая мышечная масса, а при умственном – двигательная активность может быть минимальной при интенсивной интеллектуальной нагрузке.

        Рассматривая влияние утомления на системы организма, я пришла к выводу, что оценка состояния систем и функций в динамике работоспособности и динамике утомления преследует две основные цели: первая – выявить степень реализации резервных возможностей системы в условиях трудовой нагрузки; вторая цель – определение лимитирующего фактора, приводящего к значительному снижению работоспособности, к развитию утомления.

        Рассматривая критерии степени утомления, я зафиксировала три ее основных вида: небольшое, достаточное, чрезмерное.

        С точки зрения биохимических изменений в организме при выполнении физических нагрузок я наблюдала, что всякая мышечная деятельность, в том числе связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению потребности организма в кислороде. Чем выше интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении кратковременных физических упражнений максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее интенсивных нагрузках – в большей степени липиды и продукты метаболизма. В период отдыха эта группа веществ также является основным субстратом для окислительных реакций, поставляющих энергию.

        Исследованиями и клиническими наблюдениями подтверждено, что утомление развивается вследствие проделанной мышечной работы.

        В качестве испытуемых были выбраны учащиеся 10 социально-гуманитарного класса. Им предлагалось выполнить максимальную нагрузку в виде степ-теста в течение 3 минут. При этом я диагностировала утомление по таблице «Критерии степени утомления». После всех экспериментов, подробно описанных в работе, я определила, что при наступлении утомления у всех старшеклассников наблюдается изменение концентрации молочной кислоты в поте и слюне в сторону увеличения, меняется их активность и состав.

23

Литература

1. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология системного кровообращения. – Ростов-на-Дону: РГУ, 1984.
2. Виноградов М.И. Физиология трудовых процессов. – М.: Медицина, 1966
3. Волков В.Н. Клиническая оценка утомления во врачебно – спортивной практике.- Челябинск: ЧГПИ, 1973.
4. Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методики исследований в физиологии труда.-М., 1974.
5. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний.- М.: МГУ, 1992.
6. Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники.- М.: МГУ, 1971.
7. Думбай В.Н. Основы физиологии труда. Учебное пособие.- Ростов-на-Дону: РГУ, 1996.
8. Загрядский В.П., Сулимо-Самуйлло З.К. Методы исследования в физиологии труда.- Л., 1976.

24

                                                     Приложение №1

Таблица 1

Критерии утомления и переутомления

25

Приложение №2

Таблица 2

Схема оценки степени утомления по физиологическим данным

26

                                             Приложение №3

Таблица 3

Классификация работ по уровню энергозатрат

27                                              

                                              Приложение №4

Таблица 4

Опросник для диагностики утомления

28

                                               Приложение №5

Таблица 5

Критерии степени утомления

29

                                               Приложение №6

Таблица 6

Критерии степени утомления испытуемых

30

                                              Приложение №7

Таблица 7

Динамика кислотности и активности выделения пота и слюны при наступлении утомления.

31

                                              Приложение №8

Диаграмма

Динамика изменения концентрации молочной кислоты в слюне

 (покой – утомление)

32

                                              Приложение №9

Диаграмма

Динамика изменения концентрации молочной кислоты в поте

(покой – утомление)

33