Глава 13 экологическая психофизиология
Экологическая психофизиология занимается изучением психофизиологических механизмов воздействия на человека экологически вредных факторов, нарушающих психическую деятельность и поведение человека. В сферу ее интересов входят:
• разработка методов диагностики нарушений психических функций и состояний, возникающих под влиянием различного рода экологических факторов, с использованием при
этом объективной регистрации различных физиологических реакций организма;
• создание системы психофизиологического мониторинга функциональных состояний и психических функций человека с учетом норм допустимых отклонений в психическом здоровье;
• разработка мер профилактики и коррекции психофизиологических нарушений, вызванных экологическими факторами;
• выяснение роли различных индивидуальных свойств, как усиливающих защитные функции организма, так и делающих его уязвимым к воздействию вредных средовых факторов.
Человек является частью окружающей его среды. Состояние среды, особенно если она загрязнена, становится важным фактором, определяющим физическое и психическое здоровье индивида. Современный человек обитает в среде, насыщенной продуктами и отходами деятельности общества, которые имеют химическую, электромагнитную, радиационную природу. Типичными источниками загрязнения являются химические предприятия, сбрасывающие отходы своего производства в воздух, воду, на землю. Неорганические удобрения, вещества, используемые для борьбы с сельскохозяйственными вредителями (пестициды и другие токсичные вещества), через почву, растения и продукты питания также попадают в организм человека.
Особую группу вредных веществ образуют соли тяжелых металлов, которые в больших количествах содержатся в выхлопных газах автомобилей и других видов транспорта. Особо серьезную опасность представляют соли свинца. Они попадают в организм человека из воздуха и воды, из растений, грибов, растущих вдоль автомобильных и железных дорог.
Опасными для здоровья человека являются некоторые строительные материалы. Использование асбеста, шифера в качестве строительных материалов в западных странах запрещено. Древесно-стружечные плиты (ДСП), широко применяемые в производстве мебели, как правило, не являются экологически чистым материалом из-за смол, которыми они пропитаны. Покрытие ДСП защитной пленкой ослабляет ее вредное химическое воздействие. Многие синтетические материалы, например пластиковая пищевая посуда, целлофановые пакеты, также представляют опасность для здоровья человека.
Вредные вещества, проникнув с водой, воздухом и продуктами питания в организм, в значительной своей части не выводятся из него. Откладываясь в жировой клетчатке, они становятся источником постоянного разрушительного воздействия на человека. Та-
ковы нитраты, пестициды. В коммерческих целях используется более 55 тысяч различных химических элементов. Несколько сот из них обнаружены в жировой клетчатке человека, т.е. современный человек часто является носителем «отравляющих веществ».
Установлено вредное воздействие стерина — компонента бытовой пластмассы. Его используют для приготовления пластмассовой пищевой посуды, пищевой упаковки. Даже низкие его концентрации, но при длительном воздействии (употреблении посуды, содержащей его) оказывают разрушительное влияние на организм человека: в крови уменьшается уровень гемоглобина и тромбоцитов, увеличивается число лейкоцитов. Стерин оказывает также канцерогенное действие. Возможны нарушения и на хромосомном уровне. У людей отмечено возникновение бессонницы, неврозов, хронического утомления, головокружения, они плохо выполняют тесты на память. Наблюдаются изменения в ЭЭГ.
Любой пожар — источник сильного загрязнения среды.Послетушения пожара, даже если пожарные используют маски с дыхательной смесью, через несколько месяцев у них могут обнаруживаться депрессия, вспышки гнева, чувство усталости. Снижается чувствительность к переменному току, замедляется время простой сенсомоторной реакции и реакции выбора, ухудшается память.
Американские ученые исследовали влияние солей свинца на уровень интеллекта школьников (по 10), проживающих в окрестностях завода, выбрасывающего в воздух (в соответствии с допустимыми нормами) соли свинца. Было установлено наиболее серьезное нарушение высших психических функций у тех школьников, которые жили рядом с заводом. По мере удаления от завода уровень10 постепенно приближался к норме. Результаты этих исследований не вызывают удивления, так как свинец замещает в нейронах ионы кальция, которые включены в жизненно важные функции клеток и, в частности, ответственны за пластические изменения в мембране нейронов.
Для понимания механизмов воздействия солей тяжелых металлов на нервную систему на клеточном уровне важное значение имеют работы, выполненные на полностью изолированных нейронах виноградной улитки. Помещая такой нейрон в физиологические растворы разного состава, можно выяснить причины нарушения его нормальной работы. В таких опытах показано, что нормальный ответ нейрона на электрическое раздражение требует сохранности кальциевой и натриевой проводимости соматической мембраны (ГреченкоТ.Н., ХлудоваЛ.К., 1991). Помещение нейрона в физиологический раствор, не содержащий ионов кальция, устраняет кальциевый компонент в ответе нейрона на
23 ~ 3341
стимул. При этом нейроны, имеющие дефицит ионов кальция, почти теряют способность к простейшим формам научения — привыканию. Авторы приходят к заключению, что пластичные перестройки у полностью изолированного нейрона определяются главным образом кальциевой системой проводимости. Лишь некоторые формы пластичности нейрона связаны с натриевыми ионными каналами.
Полностью изолированный и идентифицированный нейрон виноградной улитки может быть использован в качестве высокочувствительной биологической системы для индикации уровня загрязнения среды. По изменению функционального состояния нейрона, которое можно контролировать по его ответу на тестирующий электрический стимул, можно судить об уровне загрязнения среды тяжелыми металлами.
Воздействие на человека загрязненной среды до того, как оно проявит себя в ухудшении его физического здоровья, сказывается в расстройстве различных психических функций и деятельности человека-
Наиболее типичные проявления психических отклонений, связанных с экологическими факторами, выражаются в нарушениях когнитивных процессов, снижении интеллектуального потенциала, изменениях в эмоционально-волевой сфере, развитии неоптимальных функциональных состояний, ухудшении самочувствия и настроения человека, появлении нервно-психического напряжения, стресса.
Работа на многих химических предприятиях протекает в условиях значительного химического загрязнения. Обследование работников химического предприятия показывает снижение у них средней частоты произвольных движений глаз при переводе взора с одной точки экрана на другую и обратно в быстром темпе (ДаниловаН.Н., 1992). По сравнению с контрольной группой их частота движений глаз статистически значимо ниже (55,7 против 67,6 в минуту). Частота движений глаз положительно коррелирует с жизненной емкостью легких, что может рассматриваться как косвенный показатель общего потребления кислорода мозгом. Ее снижение указывает на гипоксию, которая, как известно, ведет к нарушению моторного поведения.
Исследование индивидуальной защищенности человека от воздействия экологически вредных факторов показывает, что у различных людей, работающих в одних и тех же условиях на химическом производстве, обнаруживается различная степень нарушений психических процессов и состояний, а также функций иммунной системы.
В результате комплексного обследования работников вредного химического промышленного предприятия с использованием иммунных, психологических и физиологических методов диагностики была выделена группа людей со свойствами темперамента, которые делают человека более устойчивым к вредным химическим воздействиям.
В качестве иммунных показателей были использованы два белка лейкоцитов венозной крови с молекулярной массой 53 и 43 кД. Белок с массой 53 кД в последние годы привлекает большое внимание исследователей. Он обнаружен у больных с синдромом Дауна, имеющих нарушения в иммунной системе. Этот белок появляется в результате трансформации лейкоцитов и других клеток, вызванной химическими агентами, радиацией, вирусами и т.д. Чем больше белка 53 кД обнаружено в лейкоцитах, тем хуже интегральное состояние иммунной системы.
Белок с молекулярной массой 43 кД также был использован в качестве белкового маркера состояния лейкоцитов периферической крови. Его наличие в клетках коррелирует с хрупкостью клеточных мембран. Чем меньше содержание данного белка, тем ниже механическая прочность мембран, что связывают с изменением минерального состава клеток. Дтя измерения белков с молекулярной массой 53 и 43 кД в лейкоцитах использовали электрофоретичес-кий анализ по методу Леммли.
Индивидуально-типологические особенности субъекта изучали с помощью опросников, определяющих силу процесса возбуждения и торможения по Стреляу; личностную и реактивную тревожность по опроснику Спильбергера в русской версии Хани-на, свойство «импульсивность—произвольность» по Азарову. Восьмицветовой тест Люшера был использован для оценки вегетативного баланса, стресса и работоспособности. Для количественной обработки показателей применяли процедуру, предложенную Г.А. Аминевым.
Когнитивные процессы исследовали с применением теста «Зрительная память», который определяет эффективность непроизвольного запоминания формы, цвета и локализации фигур на таблице. В тесте «Счет» использовалась модифицированная таблица Бурдо-на (цифровой вариант). Испытуемый должен был выделить последовательность из трех цифр, сумма которых равнялась 10, в спокойном состоянии (первая серия) и быстром темпе (вторая серия). Об успешном выполнении счетных операций свидетельствовало их ускорение во второй серии по сравнению с первой. По методике Когана определяли затраченное время и число ошибок, по которым оценивали успешность интеллектуальной деятельности,
23-
связанной с различением и обобщением признаков. Кроме того, применяли методику определения точности воспроизведения длительности временного интервала, варьирующего в диапазоне от 1 до 5 с. Вычисляли отношение длительности воспроизводимого субъективного временного интервала к предъявляемому. Метод позволяет оценивать индивидуальные тенденции к ускорению или замедлению субъективного времени.
Для характеристики состояния вегетативной нервной системы исследовали ЧСС до и после физических упражнений (приседание — 30 раз) в 1-ю, 2-ю, 3-ю, 4-ю и 10-ю минуты. Определяли как абсолютное значение ЧСС, так и ее отношение после нагрузкик ЧСС фона.
Результаты комплексного обследования по психологическим и иммунологическим показателям были подвергнуты факторному анализу с варимаксным вращением. В результате расчетов была получена 6-факторная структура, которая объясняла 82% разброса исходных данных. Три фактора из 6 включали иммунные показатели. В состав фактора II с положительным знаком вошел белок с молекулярной массой 53 кД, что указывало на наличие у человека трансформированных лейкоцитов — признак иммунопатологии. Его присутствие в больших количествах сочеталось с сильно выраженной слабостью процессов торможения по Стреляу, высокой импульсивностью по Азарову, высокой личностной и реактивной тревожностью по Спильбергеру и низкой частотой сердечных ударов в условиях покоя — фоновой частотой, измеренной до физической нагрузки. Этот фактор указывает на связь повышенной тревожности, импульсивности, слабого процесса торможения и недостаточного самоконтроля с признаками брадикардии в покое и нарушениями иммунной системы. Он может быть назван фактором индивидуальной психологической предрасположенности к иммунопатологии.
Оба белка лейкоцитов с отрицательным знаком вошли в состав фактора III при наибольшей факторной нагрузке у белка 43 кД. Такаясвязь обоих иммунных показателей отражает реальную картину определенной стадии нарушения метаболизма в организме. В частности, снижение содержания в лейкоцитах белка 43 кД отмечено на последней стадии онкологического заболевания, сопровождающегося развитием метастазов.Такое уменьшение содержания белка 43 кД обусловлено увеличением хрупкости мембран лейкоцитов иих разрушением, в результате чего клетки теряют свои белки, в том числе и белок 53 кД.
Белки лейкоцитов, входящие в состав фактораIII, сочетаются с низкими показателями эффективности выполнения когнитив-
ных тестов и вегетативным реагированием по симпатическому типу на физическую нагрузку. В III фактор вошли два показателя ухудшения интеллектуальной деятельности: большое число ошибок и замедление темпа работы при усложнении задания в тесте «Коган», когда от испытуемого требовалось сортировать фигуры, одновременно учитывая два их признака — цвет и форму. Высокие значения ЧСС на 10-й минуте после физической нагрузки, указывающие на высокий уровень симпатической активности, также вошли в состав данного фактора. С небольшой, но статистически значимой факторной нагрузкой в составе фактора III присутствует показатель ускорения субъективного времени- Фактор III характеризует нарушения метаболизма, которые сочетаются с ухудшением интеллектуальной деятельности на фоне усиленной и удлиненной реакции сердечно-сосудистой системы по симпатическому типу.
В составIV фактора с одинаковым знаком вошли такие показали, как содержание в лейкоцитах белка 53 кД, возраст человека, продолжительность его работы на предприятии и в химическом цехе. Этот фактор может быть определен как фактор иммунопатологии, связанной с возрастом человека и химической вредностью предприятия.
ФакторI не включает иммунных показателей, но объединяет ряд переменных, характеризующих главным образом состояние человека. В него вошли: с положительным знаком показатель работоспособности и с отрицательным знаком показатель стресса по Люшеру. Значимые факторные нагрузки с положительным знаком также имеют показатели вегетативного баланса по Люшеру иЧСС в фоне,что указывает на его связь с высоким уровенем симпатической активности. Кроме того, в состав данного фактора включен показатель успешности выполнения счетных операций в быстром темпе.Последнее дает повод говорить о нем как о факторе состояния с высокой работоспособностью. Однако в состав этого фактора с положительным знаком также вошли переменная, свидетельствующая о субъективном замедлении времени, и показатель продолжительности работы во вредном цехе.Это дает основание рассматривать его как фактор активного, напряженного состояния с некоторыми скрытыми нарушениями в когнитивной сфере, которые могут быть выделены по субъективному удлинению временных интервалов.
Фактор V выделяет комплекс связанных между собой свойств нервной системы: он объединяет слабый процесс возбуждения и неуравновешенность нервных процессов с преобладанием процессов торможения над возбуждением по Стреляу.
Результаты проведенного факторного анализа показывают, что неэффективность иммунологического контроля положительно коррелирует как с возрастом людей, так и с продолжительностью работы их в цехе с загрязненной химической средой, что свидетельствует о наличии агрессивной химической среды на данном предприятии, которая вызывает серьезные нарушения иммунологического статуса человека.
Комплекс индивидуально-психологических характеристик, включающий такие свойства, как повышенная личностная и реактивная тревожность, высокая импульсивность, слабость самоконтроля (торможения), делает человека предрасположенным к иммунопатологии. И наоборот, низкая индивидуальная тревожность, умение контролировать свои действия и поступки, отсутствие импульсивности увеличивают защитные функции организма по отношению к вредным химическим воздействиям. Таким образом, быстрое или медленное появление функциональных отклонений иммунной системы, сочетающееся с нарушениями когнитивной деятельности и состояний, в условиях агрессивной химической среды может быть предсказано по наличию у человека определенного комплекса индивидуальных психологических характеристик.
По итогам факторного анализа иммунологических и психологических показателей выявлены различные уровни нарушения когнитивных процессов. Наиболее сильное нарушение когнитивной деятельности связано с уменьшением в лейкоцитах белка с молекулярным весом 43 кД, исчезновение которого отражает процесс изменения клеточных мембран, вызывающий их хрупкость и разрушение, т.е. глубокие нарушения метаболизма.
Скрытое ухудшение когнитивной деятельности проявляется в замедлении субъективного времени по показателю относительной ошибки при воспроизведении временного промежутка. Число лиц, отнесенных к группе «медлительных» среди работников химического производства, выше нормы, причем замедление течения субъективного времени у них выражено значительно сильнее, чем в контрольных группах. Эффект замедления субъективного времени обнаружен в составе комплекса психологических и физиологических показателей, характеризующего состояние как высокой работоспособности, так и высокого напряжения и больших энергетических затрат. Лица, у которых обнаружено это состояние, постоянно работают на пределе своих возможностей, затрачивают чрезмерные усилия и тем самым испытывают продолжительные стрессовые воздействия, что, в свою очередь, изменяет течение психических процессов. Возможно, что одним из ранних призна-
ков этого тина нарушений и является замедление течения субъективного времени. Лица с такими характеристиками, очевидно, представляют скрытую группу риска. Тест на воспроизведение временных промежутков может быть использован для их выявления. Чрезмерно замедленное течение субъективного времени по показателю воспроизведения временного интервала является настораживающим симптомом, указывающим на ухудшение состояния здоровья человека.
Обнаруженная взаимосвязь психологических показателей с иммунологическими может быть положена в основу разработки метода диагностики иммуноде41ицита по психологическим показателям. По частоте встречаемости нарушений психических процессов и состояний у работников вредного производства можно получить объективную характеристику экологической обстановки отдельных предприятий с учетом всех явных и даже неустановленных вредностей на рабочих местах.
Постоянное воздействие мощного электромагнитного излучения (особенно на радиолокационных станциях и около них) вызывает изменения функционального состояния человека. Обнаружен критический период воздействия электромагнитного облучения ~ 1—2 года, после которого отмечается заметное изменение ЭЭГ: подавление альфа-ритма при относительном увеличении его мощности на низких частотах, появление сонных веретен в бодрствующем состоянии.
Изучение влияния радиации (авария на Чернобыльской АЭС) на психические и психофизиологические функции человека показывает, что наиболее уязвимым и чувствительным звеном являются физиологические процессы, регулирующие функциональные состояния.
Сравнительное изучение биопотенциалов мозга у нескольких групп населения Брянской области, в разной степени пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, выявило значительные и устойчивые изменения ЭЭГ по сравнению с контрольной группой (Базылевич Т.Ф. и др., 1993). Были обследованы три группы людей: участники ликвидации аварии («ликвидаторы»), жители Брянской области, проживающие на загрязненных территориях, где зарегистрированы малые дозы радиации, и жители непораженных районов Брянской области (контрольная группа). Сравнение усредненных групповых ЭЭГ, полученных при 16-канальном отведении, выявило наиболее сильные отклонения от нормы у жителей, постоянно живущих в зонах с малой радиацией. Изменения на ЭЭГ выражались в подавлении активности мозга в диапазоне тета- и альфа-ритмов во всех отведениях обоих полушарий (рис. 65).
Рис. 65. Значения мощности альфа-ритма в 8 отведениях левого (о) и правого (б) полушарий по средним данным у трех групп обследованных.
1 — «ликвидаторы»; 2 — лица,проживающие на загрязненных территориях; 3 — контрольная группа.На абсциссе — позиции электродов для записи ЭЭГ; на ординате — суммарная мощность спектра вдиапазоне альфа-ритма.Видна редукция альфа-ритма у жителей, получающихмалые дозы радиации(по Т.ф. Базы-левичу и др.,1993).
ЭЭГ «ликвидаторов», получивших значительные, но кратковременные дозы облучения в меньшей степени отличалась от нормы. Очевидно, можно говорить о появлении у них даже противоположной тенденции — усиления мощности тета- и альфа-ритмов, что авторами исследования рассматривается как проявление работы компенсаторных механизмов. Депрессивный характер фоновой ЭЭГ у жителей, подвергавшихся малым, но продолжительным воздействиям радиационных факторов, по-видимому, указывает на состояние хронического стресса, вызванного как физическими, так и психическими причинами, связанными с состоянием здоровья. Психологическое тестирование подтвердило усиление показателей инвертированности («ухода в себя»), нейротизма в соче-
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0.12 0,14 0,16 0,30 0,50 Гц
* р = 0,01
*** р = 0,001
Рис. 66. Фоновые групповые спектры мощности ритмограмм сердца у школьников, проживающих в загрязненных радиацией районах (и) и в благополучных районах (б). Видна статистическая значимая редукция дыхательной аритмии у школьников, испытавших радиационное воздействие.
тании с падением общего уровня поведенческой активности, потерей интереса.
Таким образом, регистрация биопотенциалов мозга объективно фиксирует снижение мозговой активности, ее депрессию, прежде всего по альфа-ритму.Эти изменения вызывались малыми дозами радиации, но постоянно или длительное время воздействующимина человека, что указывает на их серьезную опасность. Изменения затрагивают прежде всего механизм модулирующей системы мозга, от которой зависит функционирование как эмоциональной, так и когнитивной сферы человека.
Изучение психофизиологическими методами функционального состояния детей школьного возраста, проживающих в районах Тульской области, подвергшихся радиационному загрязнению, также выявило у них отклонения от контрольной группы — детей, живущих в той же области, но в экологически более благоприятных условиях'.
Диагностика состояния школьников (8-е классы) производилась по нескольким параметрам сердечного ритма:ЧСС, индексу напряжения, стандартному отклонению среднего КК-интервала и
' Исследованиевыполнено Н.Н. Даниловой,Е.Н. Чернышенко совместно с В.И- Екимовой (Институт повышения квалификации г. Тулы).
мощности трех ритмических модуляторов СР (метаболического, сосудистого и дыхательного).
Школьники, проживающие в «радиационной» зоне, достоверно отличались от контрольной группы высоким индексом напряжения, меньшей величиной стандартргого отклонения среднегоКК-интервала. Кроме того, в их спектрах мощности СР, количественно измеряющих модулирующие влияния, поступающие на пейс-мекер сердца от мозговых ритмических осцилляторов, наблюдалась редукция дыхательной аритмии (рис. 66). Это означает подавление, ослабление парасимпатического контроля и как следствие — усиление симпатической активации, что подтверждается ростом ИН. Эти отличия достоверно выявлены как в фоновых условиях, так и при информационной нагрузке — во время выполнения арифметического теста (перемножен ия двузначных чисел на двузначные) и теста Равена-
Группы школьников различались также тем, что они использовали различные способы регуляции своего функционального состояния. Снижения частоты СР они достигали разными средствами. У благополучной группы снижение ЧСС возникало за счет усиления парасимпатических влияний на сердце, что выражалось в положительной корреляции между мощностью дыхательной модуляции СР (в широком диапазоне частот от 0,1 до 0,5 Ги) и величиной КК-интервала (рис. 67). Такие же соотношения обнаружены и в сосудистой модуляции. В неблагополучной группе на снижение ЧСС влияло усиление метаболической модуляции СР; вклад дыхательной модуляции был очень мал, и он действовал только в узкой полосе частот (0,1—0,12 Гц) (рис. 68). Участие сосудистой модуляции примерно такое же, что и у детей первой группы. В обеих группах ЧСС (обратная величина ЯК-интервала) положительно коррелировала сИН и отрицательно — со стандартным отклонением от среднего КЯ-интервала.
Психологические методы исследования были менее эффективны. Обследованные группы школьников достоверно не различались по тесту тревожности Спильбергера и по показателям опросника САН (психическая активация, эмоциональный тонус, напряжение, комфорность). Исключение составил показатель «интерес». Самооценки интереса были достоверно ниже в группе школьников из неблагополучных районов.
Таким образом, психофизиологическая диагностика состояний по показателям сердечного ритма у лиц, систематически получающих малые дозы радиации, также выявляет типичный синдром в виде хронически измененного функционального состоя-
Дыхательная
04-0,06 Ги)———^-^ ^008-оТТ -——,————^/'ППЙ Л (\К Гч) <^^^\10 "•' * |
Сосудистая модуляция |
Рис 67 Корреляционныесвязи КК-интервалас другими параметрами сердечного ритма в группешкольников, проживающих в благополучных районах.
ИН - индекс напряжения;Ст. отк. - стандартное отклонение;иифры - зоны частотной модуляции.
Рис 68 Корреляционные связи КК-интервала с другими параметрами СР в группе школьников, проживающих в загрязненных радиацией районах.
Видноослабление влияниядыхательной аритмии и усиление гуморальной (метаболической) модуляции приувеличении КК-интервала (снижение ЧСС) посравнениюсо школьниками из благополучныхрайонов. Обозначения теже, что
на рис. 67.
ния с признаками напряженности. Школьники, подвергшиеся радиационным воздействиям, для компенсации состояния хронического напряжения, по-видимому, используют не парасимпатическую систему, а метаболический механизм модуляции для сниженияЧСС и подавления у них повышенной симпатической активности.Обе группы школьников значимо не различаются по ЧСС.
Психофизиология может внести свой вклад в решение задачи сохранения психического здоровья населения, которое согласно Всемирной организации здравоохранения входит в определение понятия здоровья. Система контроля здоровья по психофизиологическим и психологическим параметрам может быть реализована в составе экологической службы.
ЛИТЕРАТУРА