Физиологическая цена целенаправленной деятельности у людей с разной результативностью в динамике эндохирургического тренинга

Полный текст

Согласно современным научным представлениям в основе системной организации целенаправленного поведения лежит мотивация, формирующаяся на основе доминирующей потребности [1, 2]. Абсолютно очевидно, что результативность целенаправленной деятельности (ЦД) может варьировать в широких пределах в зависимости от различных факторов. Под эффективностью деятельности понимают физиологическую стоимость единицы результата деятельности [3, 4].

Несмотря на значительный вклад исследователей в развитие представлений о процессах регуляции и физиологического обеспечения ЦД, существующие результаты в этой области во многом противоречивы. По оценке одних ученых, целенаправленная деятельность сопровождается активацией стрессреализующих систем организма, в большей степени у высокорезультативных людей [5]. По мнению других авторов, высокого результата ЦД достигают индивиды с преимущественным влиянием парасимпатического отдела нервной системы на функциональную активность сердца [6]. Необходимо подчеркнуть, что подавляющее большинство наблюдений проводится на экспериментальных моделях с однократной регистрацией физиологических показателей и параметров достигаемого результата ЦД. Имеются немногочисленные данные об изменении указанных характеристик в динамике поведения и при достижении плато результата.

В настоящее время особое внимание исследователей уделяется оценке физиологической цены целенаправленного поведения при психоэмоциональном стрессе [7, 8]. Актуальным представляется изучение особенностей физиологического обеспечения поведения у людей с различной успешностью ЦД в условиях стресса на сложных экспериментальных моделях.

Цель работы – изучение физиологической цены результата целенаправленной деятельности на модели эндохирургического тренинга. Определяли изменения показателей вариабельности сердечного ритма и электромиограммы у испытуемых с различной результативностью целенаправленного поведения в динамике наблюдений в указанных экспериментальных условиях.

Материалы и методы

Наблюдения проведены на 87 мужчинах 18-24 лет, проходящих обучение в ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России. Исследование осуществлено в соответствии с принципами Хельсинской декларации. Основным критерием включения было отсутствие опыта работы с эндохирургическим инструментарием, а также отсутствие заболеваний опорно-двигательного аппарата и нервной системы, нормальная острота зрения. В процессе исследования на этапе оценки функционального состояния исключались лица с отклонениями от референтного диапазона возрастных нормативов.

Перед началом 1-го дня тренинга участникам исследования демонстрировали базовые приемы работы с эндохирургическими инструментами. Ежедневно испытуемые выполняли 3 базовых упражнения на эндотренажере, выбранные из современных программ симуляционного эндохирургического обучения: «Объективный структурированный клинический экзамен» (Objective Structured Clinical Examination, OSCE) [9], «Глобальная оперативная оценка лапароскопических навыков» (Global Operative Assessment of Laparoscopic Skills, GOALS) [10], «Базовый эндохирургический симуляционный тренинг и аттестация» (БЭСТА) [11, 12].

Все испытуемые прошли 10 тренировок на коробочном тренажере T5 Large RM (3-D Med, США). Тренировочный день включал в себя 3 задания, на каждое из которых выделялось по 5 мин. Задание №1 заключалось в перемещении эндозажимом 4-х поролоновых шариков (d=3 мм) из начального положения на вершины столбиков (h=20 мм, d=2 мм). Задание выполняли правой и левой рукой поочередно.

В ходе задания №2 испытуемые бимануально перемещали 6 полых поролоновых цилиндров (h=20 мм, d=6 мм, d₁=4 мм), нанизанных на пластиковые столбики (h=20 мм, d=2 мм), на аналогичные по размерам столбики, которые находились на расстоянии 40-80 мм от первоначальных. Испытуемые поднимали цилиндр эндозажимом, который находился в доминирующей руке, передавали его в эндозажим другой руки, не касаясь поверхности рабочей площадки, и далее нанизывали этот цилиндр на свободный столбик.

Задание №3 заключалось в бимануальном вырезании круга с длиной окружности 10 см из бумажной салфетки. Эндоножницы находились в доминирующей руке, эндозажим – во вспомогательной.

За 5-минутный интервал выполнения упражнений учитывали количество допущенных ошибок и незаконченных элементов. В 1-м и 2-м заданиях за ошибку принимали потерю объекта из эндозажима или контакт его с поверхностью. При истечении времени, отведенного на выполнение задания, все неперемещенные объекты считали ошибочными. В 3-м задании количественным показателем ошибок являлась сумма длины некорректно иссеченной окружности при пересечении ее контура (см) и длины не иссеченной окружности по истечении заданного временного интервала (см). Индивидуальные достижения каждого испытуемого заносили в чек-лист. При последующем анализе вычисляли сумму затраченного времени на выполнение всех заданий, а также общее число допущенных ошибок в каждый тренировочный день. Группы испытуемых были сформированы на основании полученных результатов.

Во время каждой тренировки регистрировали электромиограмму (ЭМГ) поверхностным методом на аппарате BIOPAC MP 36 (BIOPAC^® Systems, Inc., США) в диапазоне 5-500 Гц. Электроды закрепляли на внутренней поверхности обоих предплечий. При оценке использовали показатель площади волны кривой (мВ²), рассчитанный с использованием программы BIOPAC Student Lab PRO.

Ежедневно до тренинга каждый испытуемый находился в состоянии оперативного покоя на протяжении 1 ч. В течение 5 мин до и после каждой тренировки производили регистрацию ЭКГ в положении сидя (интервал времени между регистрацией ЭКГ и началом/окончанием тренинга не превышал 30 с). Регистрацию и обработку ЭКГ с последующим расчетом вариабельности сердечного ритма (ВСР) проводили на комплексе для обработки кардиоинтервалограмм и анализа ВСР «Варикард 2.51» (ООО ИВНМТ «РАМЕНА», Россия). Анализ ВСР выполняли согласно рекомендациям «Международного стандарта» [13-15]. При оценке данных ЭКГ использовали показатели ВСР: общая мощность спектра – TP (мс²), спектральная мощность в высокочастотном диапазоне – HF (мс²), спектральная мощность в низкочастотном диапазоне – LF (мс²). Также определяли среднюю разницу характеристик спектрального анализа ВСР до и после тренинга: общей мощности спектра – ΔTP (мс²), спектральной мощности в высокочастотном диапазоне – ΔHF (мс²), спектральной мощности в низкочастотном диапазоне – ΔLF (мс²).

На основании показателей результативности тренировочной деятельности испытуемые были разделены на указанные ниже группы.

Классификация по скорости выполнения заданий:

• группа I-В – субъекты с высокой ско-ростью выполнения заданий (n=22; 25,29%), I квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 515 с (ИКР 480-525 с), медиана 10-го дня тренинга – 240 с (ИКР 232-251 с);
• группа II-В – группа средних значений («фон»; n=43; 49,42%), II-III квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 624 с (ИКР 584-652 сек), медиана 10-го дня тренинга – 625 с (ИКР 308-345 с);
• группа III-В – субъекты с низкой скоростью выполнения заданий (n=22; 25,29%), IV квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 777 с (ИКР 741-802 сек), медиана 10-го дня тренинга – 405 с (ИКР 391-426 с).

Классификация по количеству допущенных ошибок:

• группа I-О – субъекты с малым количеством допущенных ошибок (n=22; 25,29%), I квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 6,1 (ИКР 3,3-7,2), медиана 10-го дня тренинга – 1,3 (ИКР 1-1,5);
• группа II-О – группа средних значений («фон»; n=43; 49,42%), II-III квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 11,6 (ИКР 9,6-13,4), медиана 10-го дня тренинга – 3,55 (ИКР 2,7-4,2);
• группа III-О – субъекты с большим количеством допущенных ошибок (n=22; 25,29%), IV квартиль выборки, медиана 1-го дня тренинга – 20,9 (ИКР 17,1-24,4), медиана 10-го дня тренинга – 6,3 (ИКР 5,75-7,15).

В соответствии с общей целью исследования дальнейший анализ физиологических показателей в динамике эндохирургического тренинга проводился на испытуемых с крайними значениями результативности ЦД, входящих в I и IV квартили выборок.

Статистическую обработку данных производили при помощи программы Statistica 10.0 (Stat Soft Inc., США). Оценку данных на нормальность распределения выполняли с помощью критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка. При оценке всех данных использовали методы непараметрической статистики. Вычисляли медиану и интерквартильный интервал между 25 и 75% процентилями. Статистическую значимость различий оценивали по критериям Манна-Уитни и Уилкоксона. Корреляционный анализ проводили при помощи коэффициента корреляций Спирмена. Статистически значимыми считали значения показателей при p<0,05.

Результаты и их обсуждение

Установлено, что суммарная площадь волны кривой, зафиксированной при регистрации ЭМГ как в исходном состоянии, так и к концу наблюдений в группе I-В была меньше, чем в группе III-В (табл. 1). Межгрупповая разница этого показателя в 1-й день тренинга составила 41,51 мВ² (79,91%; p<0,0001), на 10-й день она снизилась до 23,22 мВ² (83,91%; p<0,0001). Схожие результаты наблюдались и для групп испытуемых, сформированных по количеству допущенных ошибок. Суммарная площадь волны кривой для указанных дней тренинга в группе I-О была меньше, чем в группе III-О (табл. 1). Межгрупповая разница этого показателя в 1-й день тренинга составила 39,34 мВ² (69,13%; p<0,02), на 10-й день тренинга она уменьшилась до 7,94 мВ² (24,5%; p>0,05).

 

Таблица 1

Площадь волны кривой ЭМГ у испытуемых разных групп

День наблюдений	Группа I-В (мВ2)	Группа II-В (мВ2)	Группа III-В (мВ2)	Группа I-О (мВ2)	Группа II-О (мВ2)	Группа III-О (мВ2)
1-й	51,94 (42,05–62,34)*,#	62,73 (50,3–87,91)*	93,45 (68,45–140,21)	56,91 (42,36–72,27)+	61,21 (51,62–88,2)+	96,25 (65,78–136,97)
10-й	27,67 (23,46–34,06)*,#	35,84 (31,71–48,67)*	50,89 (42,63–60,15)	32,41 (28,34–40,65)+	35,37 (27,84–48,67)+	40,35 (32,21–60,14)

Примечание: *p<0,05 по сравнению с индивидами из группы III-В в соответствующий день тренинга; ^#p<0,05 по сравнению с индивидами из группы II-В в соответствующий день тренинга; ⁺p<0,05 по сравнению с индивидами из группы III-О в соответствующий день тренинга; медиана и интерквартильный интервал 25 и 75%.

 

При сравнении показателей ВСР у людей с различной результативностью тренировочной деятельности было выявлено, что на протяжении всех сеансов работы с эндотренажером для всех групп характерно снижение общей мощности спектра ВСР (табл. 2).

 

Таблица 2

Динамика ВСР у испытуемых разных групп

День наблюдений	Группа	ΔTP (мс2)	ΔHF (мс2)	ΔLF (мс2)
1-й	Группа I-В	-253 (-1221–890)	-38 (-241–104)*	-133 (-364–367)
	Группа II-В	-49 (-814–462)	-31 (-209–82)	64 (-249–385)
	Группа III-В	249 (-367–845)	-113 (-329–(-26))	15 (-162–499)
10-й	Группа I-В	-101 (-1637–2051)	-190 (-452–161)	-15 (-381–1238)*
	Группа II-В	-113 (-1054–1909)	1 (-544–362)	-70 (-558–926)*
	Группа III-В	-1005 (-1925–(-271))	-110 (-412–313)	-505 (-1252–44)
1-й	Группа I-О	159 (-275–854)	-18 (-131–112)#	341 (-86–688)#
	Группа II-О	-49 (-784–612)	-25 (-209–65)	-9 (-251–288)
	Группа III-О	-265 (-1121–490)	-113 (-351–(-49))	-126 (-495–101)
10-й	Группа I-О	-476 (-1880–2051)	-38 (-306–384)	-442 (-1111–1278)
	Группа II-О	-395 (-1426–1806)	-132 (-542–213)	-15 (-202–825)
	Группа III-О	-340 (-953–1452)	-29 (-625–446)	-111 (-555–970)

Примечание: *p<0,05 по сравнению с индивидами из группы III-В в соответствующий день тренинга; ^#p<0,05 по сравнению с индивидами из группы III-О в соответствующий день тренинга; медиана и интерквартильный интервал 25 и 75%.

 

В ходе первого дня тренинга мощность HF-компонента спектра ВСР снижалась у испытуемых всех групп, в меньшей степени у высокорезультативных субъектов. Межгрупповая разница для групп I-В и III-В составила 75 мс² (p=0,04), для групп I-О и III-О – 95 мс² (p>0,05). К окончанию тренировок тенденция к снижению HF-компонента спектра ВСР при ЦД сохранилась, однако, межгрупповая разница указанного параметра в этих группах становилась статистически незначимой.

В 1-й день наблюдений показатель LF-компонента спектра ВСР повышался в группе I-О, но снижался в группе III-О. Таким образом, межгрупповая разница изучаемого показателя составила 467 мс² (p<0,05). К 10-му дню тренинга параметр LF ВСР снижался у субъектов всех групп. Данные изменения были наиболее выражены у индивидов с низкой скоростью выполнения заданий, а также у людей с меньшим числом допущенных ошибок. Межгрупповая разница для групп I-В и III-В составила 490 мс² (p=0,04), для групп I-О и III-О – 331 мс² (p>0,05).

В результате проведенного корреляционного анализа установлено, что в исходном состоянии параметр времени положительно коррелирует с площадью волны кривой ЭМГ (r=0,48, p<0,001). К окончанию наблюдений эта взаимосвязь усиливалась (r=0,56, p<0,0001). Кроме того, на указанной стадии наблюдений выявлена обратная зависимость показателя времени с параметром ΔLF (r=-0,24, p<0,05). Существенно, что в начале исследований число допущенных ошибок коррелировало положительно с площадью волны кривой ЭМГ (r=0,36, p=0,01), но отрицательно с показателями ΔТР (r=-0,22, p<0,05) и ΔLF (r=-0,25, p<0,03). Однако к окончанию наблюдений знак корреляций между количеством ошибок и параметром ΔLF изменялся на положительный (r=0,21, p<0,05).

Представленные результаты иллюстрируют особенности физиологического обеспечения целенаправленного поведения на модели эндохирургического тренинга у людей с различной результативностью деятельности.

Установлено, что независимо от стадии наблюдений меньшая площадь волны кривой, рассчитанная при регистрации ЭМГ в процессе тренировок, характерна для высокорезультативных индивидов. В первую очередь, это относится к субъектам с высокой скоростью выполнения заданий. Схожие значения этого параметра у высокорезультативных субъектов из разных групп, возможно, являются следствием единой тактики достижения результата. Меньшие энергозатраты на совершение мышечной работы у более успешных испытуемых к концу наблюдений, по-видимому, связаны с формированием специфических двигательных стереотипов. Следует отметить, что люди с различным количеством допущенных ошибок при эндохирургическом тренинге характеризуются меньшим значением площади волны кривой миограммы, и, следовательно – меньшей мышечной активностью. Это может быть обусловлено меньшими физическими затратами на компенсацию допущенных неточностей при выполнении заданий.

Считается, что общая мощность спектра ВСР отражает «суммарный запас сил», которые может мобилизовать организм для преодоления стрессовой нагрузки [14, 15]. Обнаруженное в нашем исследовании уменьшение общей мощности спектра ВСР у субъектов с различной результативностью в динамике ЦД свидетельствует об истощении функциональных резервов организма при чрезмерной активации регуляторных механизмов гипоталамо-гипофизарной системы [16].

Спектральная мощность в HF диапазоне является одним из надежных критериев оценки реализации парасимпатических влияний на сердечную деятельность [14]. Нами обнаружено, что в начале наблюдений при ЦД наиболее выраженное снижение мощности высокочастотного компонента спектра ВСР характерно для индивидов с низкой результативностью. Это иллюстрирует ослабление парасимпатических влияний на функциональную активность сердца, что может быть следствием уменьшения адаптационных резервов в указанных условиях. Полученные результаты дополняют опубликованные ранее данные. В частности, в работе Т.Д. Джебраиловой, с соавт. показано, что в процессе когнитивной деятельности высокорезультативные испытуемые отличаются доминирующим влиянием парасимпатического отдела нервной системы на работу сердца [6].

Известно, что низкочастотные колебания ВСР ассоциированы с преимущественным влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы [14-16]. В наших наблюдениях установлено, что увеличение мощности LF-компонента спектра ВСР типично для индивидов, допускавших меньшее количество ошибок в 1-й день тренинга. Наибольшая стабильность мощности низкочастотного компонента спектра ВСР в процессе ЦД наблюдалась у людей с меньшим временем выполнения заданий на 10-й день исследования. Низкорезультативные индивиды отличаются статистически значимым снижением LF-компонента спектра ВСР как в начале, так и к окончанию тренировочного процесса, что демонстрирует ослабление симпатических влияний на сердечную деятельность на всех изученных стадиях целенаправленного поведения. Описанные закономерности в целом согласуются с имеющимися данными о физиологической стоимости результата умственной деятельности человека [5].

Результаты нашего исследования существенно расширяют представления о формировании базовых мануальных навыков в хирургической практике [17]. Полученные данные вносят вклад в понимание системных механизмов регуляции физиологических функций человека в процессе реализации различных форм ЦД.

Заключение

Показано, что физиологическое обеспечение целенаправленного поведения на модели эндохирургического тренинга отличается у людей с разной результативностью деятельности. Высокорезультативные индивиды характеризуются меньшими энергозатратами на совершение двигательной работы в процессе целенаправленной деятельности. Независимо от результативности, целенаправленное поведение в условиях психоэмоционального стресса сопровождается истощением функциональных резервов организма. Низкорезультативные испытуемые демонстрируют более выраженное ослабление парасимпатических (в начале наблюдений) и симпатических (в конце исследования) влияний на функциональную активность сердца. Достижение лучшего результата в динамике целенаправленной деятельности на модели эндохирургического тренинга обеспечивается большей физиологической ценой.

Об авторах

Алексей Владимирович Клименко

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0488-7871
SPIN-код: 7207-5189

ассистент кафедры общей хирургии

Россия, Москва

Сергей С. Перцов

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России; ФГБНУ Научно-исследовательский институт нормальной физиологииим. П.К. Анохина Минобрнауки России

Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5530-4990
SPIN-код: 3876-0513
ResearcherId: A-6697-2017

д.м.н., член-корр. РАН, профессор, зам. директора по научной работе, зав. лабораторией системных механизмов эмоционального стресса; зав кафедрой нормальной физиологии и медицинской физики

Россия, Москва

Игорь Юрьевич Яковенко

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2082-7171
SPIN-код: 3111-8971

д.м.н., профессор, зав кафедрой общей хирургии

Россия, Москва

Евгений Иванович Лёвкин

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0119-1673
SPIN-код: 3474-5034

к.м.н., доцент кафедры общей хирургии

Россия, Москва

Тимур Уралович Самратов

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6994-7188
SPIN-код: 5864-9418

к.м.н., ассистент кафедры общей хирургии

Россия, Москва

Марина Сергеевна Губенко

ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

Email: solidcid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5439-9713

Student of the Department of Medical Faculty

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы