Исследованиям, посвященным разработки средств и способов поддержания достаточного уровня работоспособности человека в экстремальных условиях, уделяется много внимания [1, 3, 4, 11]. В частности, разработаны различные фармакологические средства, необходимые для восстановления спортсменов во время тренировочного цикла, поддержания работоспособности летного состава при выполнении учебно-боевых задач и в аварийных условиях, сотрудников различных спасательных формирований МЧС, силовых ведомств, а также других специалистов при работе, сопровождающейся значительными физическими и нервно-эмоциональными нагрузками. Большинство из них направлены на коррекцию физической работоспособности, однако, во многих профессиях необходимо поддержание операторской деятельности на фоне развивающегося физического утомления.

Показано, что различные факторы деятельности, в том числе тяжелые физические нагрузки, как правило, приводят к ухудшению качества выполнения легких заданий [7, 12, 13]. При развитии утомления средней степени – скорость и точность как простых, так и сложных операций снижается на 10-50%, при выраженном утомлении – на 50-100% от исходного уровня [11, 15]. В таких условиях возможно использование фармакологических средств, направленных как на поддержание физической, так и на сохранение умственной работоспособности. Однако нельзя исключать, что в экстремальных условиях работы оператора могут проявиться побочные эффекты влияния препаратов на операторскую деятельность и (или) физическую работоспособность, которые не были выявлены на этапах изучения действия средств. Следовательно, обоснование и разработка метода доклинической оценки эффективности медикаментозных средств восстановления и поддержания операторской работоспособности человека при работе в условиях высокоинтенсивных физических нагрузок является актуальной задачей.

Как известно, для исследования эффектов и механизмов влияния фармакологических средств на физическую и умственную работоспособность людей, в том числе в условиях экстремального воздействия на этапе доклинического исследования разработанного соединения в качестве экспериментальных моделей используют лабораторных животных [1, 9, 14]. Полученные в опытах на биообъектах результаты используют для экстраполяции с целью прогнозирования развивающихся реакций у человека.

Поскольку физиолого-биохимические процессы обеспечения мышечной деятельности у человека и других млекопитающих аналогичны, это позволяет измерить показатели физической работоспособности у лабораторных животных в экстремальных условиях и осуществить перенос полученных данных к человеку. Преимуществом такого подхода является возможность получения оценок предельных возможностей организма при выполнении простой динамической работы, например, бега "до отказа" или плавания до утопления. К числу недостатков таких методов относится субъективность самого понятия "отказ", в большой мере зависящего от уровня стимулирования биообъекта к выполнению работы. В условиях дополнительной мотивации (зачастую для этого используют электроболевую стимуляцию) преодоление утомления позволяет продлить работу биообъекта до такого предельного времени, когда выраженные нарушения деятельности центральной нервной системы (ЦНС) приведут к возникновению автоматического (непроизвольного) отказа. В указанных условиях возможна травматизация животных и исключение из дальнего цикла тестирования. Применительно к плавательным тестам предельная выносливость животных в значительной степени определяется показателями температуры и плотности воды экспериментального бассейна. Кроме того, невозможна оценка отсроченных последствий применения испытуемых средств для функционального состояния организма.

Изложенное обусловливает предпочтительность использования в эксперименте дозированных нагрузок. Дозирование нагрузок, предъявляемых животным, путем ограничения проплываемого расстояния, а также длительности бега с заданной скоростью на тредбане не исчерпывает функциональных резервов организма животных и не отражается на результатах повторных измерений через относительно короткие интервалы времени.

Известно, что корректно воспроизвести умственную деятельность человека в эксперименте на животных невозможно [5]. Однако многие исследователи полагают, что с помощью методов исследования функционального состояния ЦНС и поведения животных возможно оценить отдельные элементарные показатели качества операторской деятельности человека. К наиболее распространенным относятся методы по выработке условного рефлекса активного избегания. Такие методы характеризуются достаточно быстрой выработкой и сохранением условного рефлекса. При этом регистрируют такие показатели оперантной деятельности биообъекта, как длительность, объем и точность выполнения задания, используемые для межвидовой экстраполяции данных.

Анализ материалов в работах [5, 6] свидетельствует о том, что при экстраполяции от животных к человеку результатов выполнения элементарных действий можно ожидать сходства в порядке величины регистрируемых показателей. При использовании же сложных навыков, учитывая более высокий уровень организации и функциональных возможностей ЦНС человека, следует ожидать меньшую выраженность нарушений простой операторской деятельности человека по сравнению с изменениями условно-рефлекторной деятельности биообъектов. Коэффициенты переноса данных следует рассчитывать по соотношению среднегруппового значения исследуемого показателя у человека к соответствующему показателю видовой нормы у биообъектов. Эти допущения принимают во внимание при экспериментальном моделировании умственной деятельности человека в условиях применения фармакологических средств.

Кроме того, важнейшим дополнением к основным методам изучения оперантной деятельности являются методики оценки памяти, внимания, эмоционального состояния и моторной координации животных [2]. Однако получаемые с помощью методов условных рефлексов результаты исследования памяти и внимания у подопытных животных трудно охарактеризовать количественно. Общим недостатком таких методов является большая длительность и трудоемкость обучения биообъектов.

На основании сопоставительного анализа преимуществ и недостатков используемых в настоящее время экспериментальных методик были отобраны информативные для решения задачи прогноза работоспособности человека, выполняющего различные виды операторской деятельности при использовании фармакологических средств. Результаты, полученные у животных с использованием выбранных методик, оценивались в соответствии с принятыми в спортивной медицине и физиологии труда зависимостями работоспособности от интенсивности нагрузки и напряженности трудового процесса, а также были пригодными для прогноза предельных возможностей организма и показателей операторской деятельности человека после физической работы заданной интенсивности

С учетом изложенного нами был разработан метод доклинической оценки эффективности медикаментозных средств восстановления и поддержания операторской работоспособности человека при работе в условиях высокоинтенсивных физических нагрузок.

В соответствии с данным подходом сначала выявляют профессионально важные качества у человека-оператора соответствующего вида деятельности в условиях интенсивных физических нагрузок. Определяют интегральный показатель качества операторской деятельности (например, результат стрельбы по мишени, нормативное время выполнения простой операторской задачи наведения на цель и т.п.). На основании этого определяют структуру профессионально важных качеств (ПВК) – психофизиологических и психологических свойств индивида, имеющих решающее значение для выполнения им конкретного вида деятельности. Наиболее простым и удобным способом определения перечня ПВК является профессиографическое исследование работы испытуемого с привлечением наиболее компетентных в заданной области экспертов (тренеров, командиров-наставников, психологов и др.). С использованием анкеты определяют ПВК, распределенные по группам: аттенционные свойства и наблюдательность, мнестические свойства, моторные, сенсорные, имажинитивные, мыслительные, речевые, коммуникативные, волевые качества и эмоциональная устойчивость [9, 11].

Затем с использованием психологических и психофизиологических методик оценивают текущие значения показателей ПВК (памяти, внимания, скорости реакции, моторной координации и др.) и исследуют выбранные показатели операторской деятельности заданного профиля у испытуемых (например, среднее отклонение от центра мишени при стрельбе в электронном тире и т.п.) в покое. Вычисляют интегральный (результирующий) показатель качества выполнения указанной операторской задачи.

Затем оценивают изменения уровня ПВК и показателя операторской деятельности после дозированной динамической физической работы (например, в виде бега по ленте тредбана). Исходя из линейной связи мощности нагрузки и частоты сердечных сокращений (ЧСС), мощность нагрузки (т.е. скорость ленты тредбана) задают для конкретного испытуемого, исходя из условия соответствия его ЧСС величине 150 уд./мин. Длительность периода такой субмаксимальной нагрузки устанавливают одинаковой для всех испытуемых (например, 20 мин). При этом полагают, что "физиологическая стоимость" выполнения работы различными испытуемыми равнозначна [3, 4, 8]. Предъявление физической нагрузки производят при мониторировании ЧСС, потребления кислорода, а также контроле уровней субстратов и продуктов энергетического метаболизма (например, лактата и глюкозы крови) у испытуемых. На основании измерения указанных показателей энергообеспечения по известным соотношениям у испытуемых можно оценить предельную продолжительность выполнения работы заданной интенсивности.

Сразу после выполнения дозированной физической работы у испытуемых повторно оценивают значения показателей ПВК и интегрального показателя качества операторской деятельности. Определяют изменения среднегрупповых значений ПВК испытуемых после выполнения физической нагрузки относительно исходного уровня в покое. Задачей этого этапа исследования является получение исходных данных для построения аппроксимационной модели – уравнения множественной линейной регрессии, отражающей зависимость качества операторской деятельности от изменения уровней ПВК после физической нагрузки.

На следующем этапе проводят моделирование элементов операторской деятельности человека в эксперименте на подопытных животных с использованием дозированной физической нагрузки. Исследуют функциональное состояние ЦНС по данным оценки условно-рефлекторной деятельности и поведенческих реакций у биообъектов.

Рассчитывают значения изменений, выраженные в долях исходного уровня, показателей оперантной деятельности лабораторных животных (например, латентный период и объем выполнения условно-рефлекторного задания, состояние функции памяти, моторной координации и т. д.) в покое, а затем после дозированной физической динамической нагрузки субмаксимальной интенсивности.

Предъявление дозированной физической нагрузки биообъектам осуществляют по общепринятым методам. Мощность физической нагрузки, выраженная в относительных величинах максимальной производительности, должна соответствовать нагрузке, применяемой у испытуемых. В целях экстраполяции у млекопитающих удобно выражать мощность нагрузки в долях максимального потребления кислорода. Уровень нагрузки можно рассчитать эмпирически или на основании имеющихся литературных данных для выбранных методики и вида лабораторных животных.

На следующем этапе проводят оценку модифицирующего влияния примененных средств коррекции функционального состояния на показатели оперантной деятельности животных в покое и после дозированной физической нагрузки. Регистрируют показатели физической работоспособности и оценивают предельную физическую выносливость биообъектов при применении средств коррекции.

С использованием множественной линейной регрессии аппроксимируют зависимость интегрального показателя качества от изменения определяющих элементов операторской деятельности добровольцев-испытуемых после выполнения дозированной физической работы.

Определяют коэффициенты экстраполяции оперантной деятельности животных к человеку-оператору. Для этого рассчитывают значения изменений, выраженные в долях исходного уровня, показателей операторской деятельности, выбранных в качестве ПВК (например, латентный период зрительно-моторной реакции, устойчивость внимания, объем оперативной памяти, моторная координация и т. д.) добровольцев-испытуемых после преодоления дозированной физической нагрузки. Затем рассчитывают значения изменений, выраженные в долях исходного уровня, показателей оперантной деятельности лабораторных животных (например, латентный период и объем выполнения условно-рефлекторного задания, показатели памяти, моторной координации и т. д.) после преодоления дозированной физической нагрузки, а также в условиях применения средств коррекции. Далее осуществляют сопоставление выраженности средневзвешенных величин изменений каждого ПВК испытуемых и соответствующего показателя у лабораторных животных.

На основании оценок модифицирующего влияния средств коррекции у животных сопоставляют изменения с уровнем контроля в долях видовой нормы и делают прогнозные оценки физической работоспособности человека при применении указанных средств.

На конечном этапе осуществляют прогноз качества операторской деятельности человека с использованием указанной регрессионной модели на основе учета изменений уровней каждого из ПВК испытуемых после физической нагрузки и коэффициентов модифицирующего влияния применения средств коррекции у подопытных животных.

Выводы

1. Разработан метод доклинической оценки эффективности медикаментозных средств восстановления и поддержания операторской работоспособности человека при работе в условиях высокоинтенсивных физических нагрузок, включающий профессиографический анализ работы оператора, проведение исследований операторской деятельности у добровольцев с оценкой отличия показателей от исходного уровня после дозированной физической нагрузки, оценку показателей физической выносливости и оперантной деятельности у подопытных животных после дозированной физической нагрузки и экстраполяцию экспериментальных данных от подопытных животных к человеку в аналогичных условиях.

2. Разработанный метод целесообразно применять при испытании и выборе наиболее перспективных медикаментозных средств коррекции функционального состояния организма человека-оператора в экстремальных условиях деятельности, а также уменьшении расходов на скрининговые исследования инновационных фармакологических препаратов и рецептур.