Особенности произвольной регуляции сердечного ритма с помощью биологической обратной связи в зависимости от индивидуальных различий

Олексій Грунічев

Донецький національний університет

(науковий напрям: Біологія та біотехнології)

ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА С ПОМОЩЬЮ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ

Ключевые слова: биологическая обратная связь, саморегуляция, индивидуальные особенности, сердечный ритм

Вступительная часть

В настоящее время методы саморегуляции активно используются как в медицинских так и в различных психокоррекционных целях [4]. Особенно широкие перспективы в данном направлении открывает метод биоуправления на основе биологической обратной связи (БОС) [5, 8, 13]. Эта технология является экологически безопасной, поскольку позволяет проводить коррекцию клинических и доклинических нарушений путем неинвазивного нефармакологического воздействия.

Суть метода БОС состоит в «возврате» пациенту в визуальной или в аудио-форме текущих значений его физиологических показателей. Процедуры биоуправления позволяют с минимальной временной задержкой информировать человека о состоянии его телесных функций, за счет чего возникает возможность их сознательной регуляции. Таким образом, метод направлен на активизацию внутренних резервов организма с целью восстановления или совершенствования физиологических навыков [10-12].

Теоретической основой метода БОС можно считать общую теорию систем, современные представления о саморегуляции физиологических функций организма, как механизмах гомеостаза, учение об условных рефлексах, возможности формирвания устойчивых форм различных видов биологической активности при соответствующем обучении, а также наличие центральных проекций внутренних органов в коре больших полушарий и подкорковых структурах [1-3].

Объектом регуляции в моих исследованиях была выбрана частота сердечных сокращений (ЧСС).

По некоторым данным [6, 7, 9, 14] ведущими факторами, спо­собствующими успешности освоения данного метода, являются индивидуальные особенности испытуемых. Однако до сих пор не существует единого мнения относительно того, какие именно индивидуальные особенности определяют его эффективность. Кроме того, испытуемыми в подобных исследованиях обычно являются лица с соматическими или нервно-психическими нарушениями. Целью исследований стал анализ особенностей биоуправления именно здоровых людей, обладающих более высокими способностями к произвольной регуляции функционального состояния, что в будущем могло бы помочь в разработке более эффективных методик обучения саморегуляции.

Основная часть

В исследовании принимали участие 51 человек (20 мужчин и 31 женщина) в возрасте от 19 до 24 лет. Никто из испытуемых ранее не проходил БОС-тренинг. Для проведения экспериментов использовался прибор кардиосигнализатор КС-01, который выводит информацию в визуальной и аудиоформе.

Рис. 1. Основные компоненты контура биоупраления

Для решения поставленной задачи применялась следующая методика [6,7]. Испытуемый в полузатененной комнате находился в удобном кресле перед прибором биологической обратной связи. Сигнал ЭКГ регистрировали в отведении – на внутренней поверхности правого и левого предплечий. Задача испытуемого заключалась в повышении и понижении ЧСС с применением визуальной и аудиообратной связи (рис.1). Общая продолжительность сеанса составляла 30 мин. Процедура включала следующие этапы.

Этап 1. Исходный фон. Регистрация фоновых значений ЧСС. Во время данного этапа оцениваются статистические показатели контролируемого параметра для корректного задания относительных порогов, обычно плюс-минус 20% от частоты в спокойном состоянии (4мин).

Этап 2. Повышение ЧСС. Испытуемому предлагается произвольно повысить ЧСС (8 мин).

Этап 3. Отдых. До возвращения к фоновому значению.

Этап 4. Снижение ЧСС. Пациенту предлагается попытаться снизить ЧСС (12 мин).

Каждый этап предварялся инструкцией экспериментатора, призванной разъяснить задачу субъекту и помочь в формировании навыка. Серия экспериментов для каждого испытуемого составляла три сеанса. Нами оценивался вегетативный индекс Кердо (ВИК) испытуемых в динамике сеанса для чего в каждом эксперименте регистрировалось артериальное давление в спокойном состоянии, сразу после этапа повышения ЧСС и сразу после понижения ЧСС. Рассчитывался ВИК по формуле:

где

ВИК – вегетативный индекс Кердо

D – диастолическое артериальное давление

P – частота сердечных сокращений уд/мин.

Для выявления личностных особенностей использовались тест уровня субъективного контроля (УСК). Для определения подвижности и лабильности нервной системы применялись кинематометрический метод и КЧСМ. Все полученные данные обрабатывались по общепринятым методам вариационной статистики с определением степени достоверности (p) по критерию Манна-Уитни и корреляции Спирмана.

В обследованной группе испытуемым удавалось повышать ЧСС на величину от 4 до 12 ударов в минуту, значения прироста двух испытуемых, не вошедшие в общую выборку как выпадающие величины (по правилу трех сигм), достигали 24 и 30 ударов в минуту. Понижение осуществлялось в пределах от 0 до 6 ударов.

Как следует из диаграммы на рис. 2, результаты управления в последнем опыте в большинстве случаев превосходили результаты в первом (эффект тренировки).

Рис. 2. Средние значения ЧСС в первом и третьем сеансах биоуправления

На основании полученных данных нами подтверждается возможность произвольного изменения ЧСС с помощью биологической обратной связи. Произвольная регуляция сердечного ритма на учащение осуществляется значительно успешнее, чем регуляция при произвольном урежении ЧСС. При обучении замедлению ЧСС часто возникали «срывы» со спонтанным возвратом ЧСС к исходной. Это свидетельствует о том, что замедление биений сердца представляет для регулирующих механизмов у испытуемых более трудную задачу. Это явление доступно разумному объяснению. В обычной обстановке ситуации, обуславливающие брадикардию, весьма редки. Ходьба, бег, двигательная деятельность, эмоциональное напряжение и т. д., как правило, ведут к учащению сердцебиений. Эта реакция обусловлена эволюционно и «гомеостатически» прочно закреплена. Нарушение ее поэтому крайне затруднительно. Отсюда и своеобразное «сопротивление», препятствующее ее развитию.

Корреляционный анализ по всей группе показал значимую связь (r= 0,50; p<0,05) между способностью к повышению ЧСС и подвижностью нервной системы по возбуждению, способностью к урежению ЧСС и лабильностью (r=0,64; p<0,05).

По результатам сеансов испытуемые были разделены на 3 группы - по степени успешности регуляции функционального состояния. В группу А (16 человек) вошли испытуемые, которым удавалось хорошо как понижать так и увеличивать ЧСС, в группу В (20 человек) - испытуемые, которым в некоторой степени удавалось управлять заданными параметрами, и в группу С (16 человек) - испытуемые, которым плохо или не удавалось управлять заданными параметрами. При этом оценивались средние значения достигнутые за три сеанса по схеме представленной в табл. 1.

При сравнении групп было выявлено следующее:

1) ВИК отражает преобладание симпатической или парасимпатической деятельности, в регуляции функционирования всех органов в целях поддержания жизни и уравновешения внешних воздействий.

Рис. 3. ΔВИК в динамике сеанса биоуправления (уменьшенное изображение)

Нами были выявлены достоверные изменения ВИК в динамике сеанса. Индекс Кердо отклонялся в сторону увеличения от значения в покое на этапе повышения ЧСС (r= 0,72; p<0,05) и в сторону уменьшения на этапе понижения ЧСС (r= 0,66; p<0,05). Это свидетельствует о том, что регуляция сердечного ритма осуществляется с участием механизмов вегетативной НС. На рис. 3 видно, что в группе А испытуемые отличались бОльшими отклонениями от ВИК в покое (p<0,01) как в одну так и в другую сторону и более «адекватными». В группе С диапазоны изменений ВИК уже и часто не соответствуют предъявляемым требованиям. В частности, на диаграмме отмечено повышение ВИК на этапе замедлений сердцебиений. Это, видимо, отражает симпатикотоничексие компоненты реакции активации в случае, когда испытуемый пытается добиться замедления ЧСС, но неудача сопровождается чувством досады и разочарования.

Таблица 1

Критерии успешности управления ЧСС

Удалось повысить Удалось понизить	на 9 уд./мин. и более	на 5-9 уд./мин.	на менее 5 уд./мин.
на 3 уд./мин. и больше	A	A	B
на 1,5-3 уд./мин.	A	B	C
на менее 1,5 уд./мин.	B	C	C

2) По данным теста КЧСМ и кинематометрии, группа А существенно отличается от групп В и С лабильностью и подвижностью НС по возбуждению (табл. 2). Достоверных различий в подвижности НС по торможению не выявлено.

Именно от лабильности и подвижности процессов возбуждения зависит быстрота образования временных связей, скорость и успешность приспособления индивида к новым условиям. Очевидно, это те иерархически базовые характеристики, которые способствуют успеху. Следовательно, эти свойства нервных процессов имеют важное значение для успешной регуляции сердечного ритма.

3) Тест УСК является двухполюсной характеристикой, на одном полюсе которой находятся интерналы с внутренним локусом контроля, на другом – экстерналы с внешним. Результаты тестирования показали следующее.

Таблица 2

Средние групповые показатели лабильности НС и подвижности НС по возбуждению

Показатели	Значения	Достоверность Различий
Группа А	Группа В	Группа С	Гр. А - Гр. С	Гр. А - Гр. В
Подвижность по возбуждению	1,660,29	1,110,12	0,860,12	р<0,01	р<0,17
Лабильность	43,681,22	41,220,52	39,180,45	р<0,02	р<0,05

Группа А достоверно (р<0,01) отличается от группы С более высокими показателями по шкалам общей интернальности. Интернальная личность оценивает все происходящие с нею значимые события как результат ее собственной деятельности, экстернал как результат внешних обстоятельств. Интернал считает, что может влиять на события своей жизни, управлять ими и, следовательно, нести ответственность за них и за свою жизнь в целом.

На рис. 4 показаны средние значения шкал УСК для каждой группы. Полученные результаты позволяют предположить, что неспособ­ность испытуемых из группы С хорошо управлять своим функциональным состоянием связана с их низким уровнем осознания собственной ответственности за события, происходящие с ними. Наличие значительных, но недостоверных (p<0,13) различий между группами А и В, а также значимых (p<0,05) различий между группами В и С позволяют нам предположить, что существенный уровень интернальности является важным фактором высокой способ­ности к произвольной регуляции ЧСС.

Рис. 4. Средние значения шкал УСК для каждой груп­пы. И(общ) - общая интернальность; И(достиж) - интернальность в области достижений; И(неудач) - интерналь­ность в области неудач; И(произв) – интернальность в области производственных отношений; И(межл) - интернальность в области межличностных отношений; И(семейн) - интернальность в области семейных отношений; И(здор) - интернальность в области здоровья и болезни.

Выводы

Таким образом, проделанная работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Регуляция сердечного ритма осуществляется значительно легче в сторону повышения ЧСС, чем его понижения.

2. Обнаружены сонаправленные изменения вегетативного индекса Кердо во время регуляции ЧСС, причем, показано, что чем выше сдвиги вегетативного тонуса, тем значительнее результаты регуляции.

3. Группу успешно регулирующих частоту сердцебиений отличают высокие показатели лабильности НС и подвижности НС по возбуждению, а также такие личностные показатели как высокая интернальность.

Результаты исследования могут быть применены в сфере психофизиологии, психиатрии, профотбора и прогноза состояния. Интересно, что данная работа делает шаг к тому, чтобы по результатам биоуправления в некоторой степени судить об индивидуальных свойствах испытуемого. Также, очевидно, что дальнейшее развитие методов биоуправления определяется их индивидуализацией, где протокол сеанса будет составляться исходя из индивидуальных характеристик оператора.

Список литературы

1.  Биология и нейрофизиология условного рефлекса. - М.: Медицина, 196с.

2.  Исследования по общей теории систем. – М.: Наука, 1969. С. 23-83.

3.  Дифференциальная адаптивность мозга // Журн. Физиол. Человека. – 1975. – Т. 1, №3. – С. 639-646.

4.  Саморегуляция функций и состояний. – Л.: Наука, 1982. – 157 с.

5.  , , Повышение функциональных возможностей организма спортсменов с помощью биологической обратной связи // Физиология человека. – 2005. – Т. 31,№3. – С. 93-99.

6.  , Влияние индивидуальных особенностей ЦНС на эффективность формирования релаксационных навыков при использовании биологической обратной связи у детей 9-10 лет // Физиология человека. – 2003. - №4. – С. 54-61.

7.  , Применение метода биологической обратной связи с учетом типа темперамента // Валеология. – 2004. - №3. – С. 35-42.

8.  , Биологичекская обратная связь: терапевтические возможности метода и его перспективы использования в психиатрии // Росс. Психиатр. Журн. – 2003. – №1. – С. 68-72.

9.  Сороко С. И., Статистическая структура ритмов ЭЭГ и индивидуальные свойства механизмов саморегуляции мозга // Физиол. журн. СССРТ. 67. - С. .

10.  , Современный метод реабилитации – метод Биологичекской обратной связи (БОС) // Terra medica nova. – 2005. - №3 – С.29-31.

11.  Адаптивное биоуправление в неврологии. Л.: Наука, 1978. – 134с.

12.  Клиническое значение адаптивного биоуправления. – Л.: Медицина, 1982. – 127с.

13.  , , Биоуправление в клинической практике // Неврол. Журн. – 2000. – Т. 5,№4 – С. 52-56.

14.  , , Электроэнцефалографическое биоуправление в лечении аддиктивных расстройств // Наркология. – 2002. - №11. – С.19-27.