Исследование влияния способа предъявления

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ПРЕДЪЯВЛЕНИЯ
СВЕТОВЫХ МЕЛЬКАНИЙ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
КЧСМ
Роженцов В.В. (evs@marstu.mari.ru)
Марийский государственный технический университет
Введение
Критическая частота световых мельканий (КЧСМ), то есть частота мельканий света в
секунду, при которой зрительный анализатор воспринимает мелькающий источник
светящимся непрерывно вследствие слияния мельканий, широко используется для
диагностики утомления органа зрения и организма человека в целом.
Мелькающий источник света при исследовании работы органа зрения впервые
применил Л. Г. Беллярминов (1889 г.), позднее экспериментально
установлено,
что
зрительное утомление снижает КЧСМ (Markstein, 1932 г.; Snell, 1933 г.), Я. Э. Нейштадт,
Н. М. Данциг, Т. Б. Шубова и Л. И. Мкртычева (1936 г.) доказали чувствительность метода
КЧСМ для определения степени зрительного утомления [1]. В работе О. Р. Охременко [2]
приведены результаты исследований степени зрительного утомления у лиц, выполняющих
прецизионные трудовые операции (огранщики алмазов). Отмечено, как симптом утомления,
снижение КЧСМ в конце рабочей смены на 31,9 ± 5,9 %.
М. И. Виноградов (1958 г.) показал, что наиболее характерной чертой утомления
организма человека в целом является снижение КЧСМ, позднее В. Душков и Г. Шопов
(1972 г.), В. Гаврийски (1981 г.) установили, что под влиянием физической нагрузки, ее
объема и интенсивности КЧСМ меняется, поэтому наблюдение за динамикой КЧСМ дает
возможность судить о функциональном состоянии организма, степени его утомления [1, 3].
По мнению В. Ф. Пешкова [4] показатель КЧСМ, наряду с показателями динамометрии,
теппинг-теста и электрокожного сопротивления являются наиболее информативными
критериями ФС организма человека.
В морской медицине [5, 6] показатель КЧСМ используется более часто, чем другие
методы исследования, в связи с такими преимуществами как простота методики,
портативность аппаратуры, незначительные временные затраты и высокая информативность
при определении утомляемости организма. Проведенные наблюдения свидетельствуют о
том, что показатель КЧСМ удобен и показателен как критерий утомления, объективно
2
характеризует динамику работоспособности и развитие утомления организма как в процессе
вахты, так и в процессе рейса [7]. В медицине труда метод КЧСМ используется наряду с
другими психофизиологическими и клинико-физиологическими методами [8].
Имеющиеся многочисленные данные о зависимости значения КЧСМ от степени
утомления организма человека объяснимы с точки зрения теории утомления. Установлено,
что в развитии утомления, вызванного физической или умственной работой, основная роль
принадлежит центральной нервной системе. Согласно исследованиям В. В. Розенблата [9]
утомление организма человека есть целостный процесс с центрально-корковым ведущим
звеном, представляющим по биологической сущности корковую защитную реакцию, а по
физиологическому механизму - снижение работоспособности прежде всего самих корковых
клеток, что обусловлено их охранительным торможением. Учитывая, что показатель КЧСМ
определяется высшими отделами зрительного анализатора, так как центральный зрительный
нейрон и зрительная кора являются самыми инертными звеньями зрительной системы
[1, 10], то при утомлении организма в связи со снижением работоспособности корковых
клеток значение КЧСМ уменьшается, что позволяет контролировать функциональное
состояние организма и степень его утомления по изменению КЧСМ.
Метод КЧСМ является субъективным психофизическим методом, для получения
объективных
показателей
восприятия
световых
мельканий
используются
электрофизиологические методы: анализ электроретинограмм, электроэнцефалограмм,
зрительных вызванных потенциалов. Исследования показали, что имеется прямая
зависимость КЧСМ с максимальной частотой воспроизведения световых мельканий при
электрофизиологических методах, последняя является наиболее информативным параметром
при диагностике зрительного анализатора [1, 10, 11, 12, 13, 14].
Анализ причин изменения критической частоты световых мельканий
Зависимость КЧСМ помимо утомления от различных факторов установлена
экспериментами. Так, Ферри (L. Ferry, 1982 г.) отметил
наличие определенной прямой
зависимости величины КЧСМ от интенсивности мелькающего света, Портер (Porter, 1902 г.)
и
Айвс
(Ives, 1922 г.)
показали,
что
КЧСМ
растет
пропорционально
логарифму
интенсивности раздражающего света, Гехт и Веррийп (Hecht, Verrijp, 1933 г.) установили,
что эта зависимость верна лишь для средних яркостей, при значительном увеличении
интенсивности раздражителя КЧСМ уменьшается, увеличение площади раздражения
подобно увеличению яркости повышает КЧСМ [10, 15].
Усиленное дыхание (гипервентиляция) вызывает для белого света быстрое
3
повышение КЧСМ, сменяющееся длительным снижением (Rubinstein, Therman, 1935 г.),
КЧСМ изменяется под влиянием слуховых (С. В. Кравков, 1935 г.) и обонятельных
раздражителей (С. В. Кравков, 1940 г.), влияет на КЧСМ и вкусовые (сахар) и температурные
(тепло) раздражители [1, 10].
КЧСМ зависит от состояния системы кровообращения, концентрации кислорода во
вдыхаемом воздухе, климатических условий, времени суток, возраста и других факторов.
Выявлено влияние на КЧСМ и другие зрительные функции комплекса производственных
факторов, таких, как высокая температура, загазованность, запыленность, освещенность,
степень влияния зависит от профессии и стажа работы [1, 16, 17, 18, 19, 20].
В
литературе
отмечается,
что
измерения
КЧСМ,
выполненные
разными
исследователями, дают различные результаты [1, 16]. Причина, очевидно, в том, что
значение КЧСМ зависит от множества параметров предъявляемого светового раздражителя,
от множества психо-физиологических параметров, характеризующих состояние организма
человека, и множества параметров, характеризующих среду, в которой находится человек,
причем второе множество находится в некоторой зависимости от третьего, в целом
множества параметров в каждом конкретном случае образуют случайную совокупность. Об
этом свидетельствует и известный в физиологии «закон исходного уровня», согласно
которому значение параметра, характеризующего функционального состояние конкретного
человека, зависит от конкретных условий и сугубо индивидуально [21].
В то же время результаты измерения КЧСМ существенно зависят от методики
измерений. В клинической практике принято увеличивать частоту световых мельканий от
минимального значения до критического [1, 14, 15], в ряде исследований, выполненных в
частности Н. Петковой [16], частота световых мельканий уменьшалась от максимального
значения до критического. При этом во всех случаях измерений изменение частоты световых
мельканий производится исследователем (врачом), а испытуемый (пациент) сообщает
исследователю (врачу) о достижении КЧСМ.
При данных методиках измерения КЧСМ погрешность измерения имеет две
составляющие
-
систематическую
и
случайную.
Систематическая
составляющая
определяется суммарным минимальным временем сенсомоторной реакции исследователя
(врача) и испытуемого (пациента), а случайная составляющая - их изменениями, так как
время сенсомоторной реакции зависит от функционального состояния зрительной системы
испытуемого (пациента), от функционального состояния организмов исследователя (врача)
и испытуемого (пациента) в целом, их индивидуальных особенностей, возраста, утомления и
ряда других факторов [22].
4
Анализ литературных источников показал, что на сегодняшний день имеются
многочисленные экспериментальные данные о зависимости КЧСМ от различных факторов,
но не исследовано влияние этих факторов на точность измерения КЧСМ.
Цель настоящей работы - исследование влияния способа предъявления световых
мельканий на точность измерения КЧСМ. Кроме того, представляет интерес выяснение
возможности уменьшения погрешности измерения КЧСМ.
Экспериментальная часть
Принятая точность измерения КЧСМ равна 0,1 Гц. В то же время разрешающая
способность глаза по частоте составляет 0,75 ... 1 Гц [23]. Очевидно, что в этом случае
случайная составляющая погрешности измерений КЧСМ, как часть субъективных
погрешностей испытуемого, будет значительной. С целью уменьшения случайной
составляющей погрешности измерений КЧСМ автором предложен линейно-точечный
источник света, состоящий из линейки точечных источников с поочередным проблеском
каждого точечного источника. Для определения количественного уменьшения случайной
составляющей погрешности измерений проведены экспериментальные исследования.
Измерения КЧСМ в экспериментах выполнялись с одиночным источником света,
используемым в известных приборах для измерения КЧСМ, и предложенным линейноточечным. Испытуемые на первом этапе исследований выполняли серию измерений КЧСМ с
одиночным источником, число измерений в серии в соответствие с рекомендациями
физиологов принято равным 10. На втором этапе исследований испытуемые выполняли
серию также из 10 измерений с линейно-точечным источником, причем серия измерений на
втором этапе выполнялась в то же время суток, что и серия измерений на первом этапе, но
для исключения эффекта обучения через сутки после измерений, выполненных на первом
этапе с одиночным источником света. Изменение частоты световых мельканий во время всех
измерений выполнялось самим испытуемым.
При статистической обработке результатов измерений и оценке их погрешностей в
соответствие с ГОСТ 8.207-76 выполнялись операции [24]:
- вычислялось среднее арифметическое результатов измерений;
- вычислялась оценка среднего квадратического отклонения результата измерения по
формуле
n
σ=
∑ ( x i − A) 2
i =1
n( n − 1)
,
5
где
x i – i - й результат измерения, А – среднее арифметическое результатов измерений,
n – число результатов измерений;
- вычислялись доверительные границы случайной составляющей погрешности
результата измерения по формуле
ε = t σ,
где t – коэффициент Стьюдента, который при доверительной вероятности Р = 0,95 и
числе результатов измерений n = 10 равен 2,262.
В результате измерений, выполненных группой из 30 испытуемых, установлено, что
использование линейно-точечного источника света с поочередным проблеском каждого
точечного источника позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности
измерений по сравнению с одиночным источником на 38,0 … 47,5 %.
Обсуждение результатов
Проведенные эксперименты показали, что существенное уменьшение случайной
составляющей погрешности измерений достигается использованием линейно-точечного
источника света, поэтому он может быть рекомендован для применения в приборах для
измерения КЧСМ. При проведении экспериментов было отмечено, что внимание
испытуемого сосредотачивается на двух соседних точечных источниках, поэтому число
точечных источников в линейно-точечном источнике может быть ограничено двумя.
Очевидно, в этом случае их отображение на сетчатке глаз занимает соседние участки, а
анализ вызванных ими зрительных ощущений в коре головного мозга приводит к
повышению точности измерений.
Как показали эксперименты, уменьшение случайной составляющей погрешности
измерений КЧСМ достигается путем предъявления световых мельканий монокулярно. Это
позволяет уменьшить яркость источника света и уменьшить тем самым утомление
зрительных анализаторов. Кроме того, необходимо управление частотой световых мельканий
при ручном изменении частоты или фиксацию определения КЧСМ при автоматическом
изменении частоты выполнять испытуемому,
что также позволяет
уменьшить и
систематическую составляющую погрешности измерений.
При проведении экспериментов также установлено, что случайная составляющая
погрешности измерений уменьшается при проведении перед измерениями предварительного
обучения определению КЧСМ.
6
Литература
1. Семеновская Е. Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. - М.:
Медгиз, 1963. - 279 с.
2. Охременко О. Р. Особенности зрительного утомления, развивающегося в процессе
выполнения прецизионных работ // Офтальмологический журнал. - 1989. - № 5. - С. 272-275.
3. Портных Ю. И., Макаров Ю. М. Динамика показателей КЧСМ в зависимости от
направленности тренировочной нагрузки // Теория и практика физической культуры. - 1987.
- № 1. - С. 46-47.
4. Пешков В. Д.
Взаимосвязь
субъективных
оценок
состояния
гимнастов
с
функциональными показателями // Теория и практика физической культуры. - 1985. - № 10. С. 11-13.
5. Сапов И. А., Солодков А. С. Состояние функций организма и работоспособность
моряков. - Л.: Медицина, 1980. - 192 с.
6. Мацевич Л. М. Охрана здоровья моряков. - М.: Транспорт, 1986. - 200 с.
7. Нетудыхатка О. Ю. Роль критической частоты слияния мельканий в оценке
напряженности труда моряков // Офтальмологический журнал. - 1987. - № 5. - С. 300-303.
8. Псядло Э. М. Физиолого-гигиеническая оценка работоспособности лоцманов в
динамике суточной вахты // Медицина труда и промышленная экология. - 1996. - № 2. С. 34-37.
9. Розенблат В. В. Проблемы утомления. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина,
1975. - 240 с.
10. Кравков С. В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. 4-е изд., перераб. и доп. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.
11. Гундорова Р. А.,
исследования
в
Зуева М. В.,
офтальмотравмотологии.
Цапенко И. В.
Роль
Электрофизиологические
отечественной
школы
клинической
физиологии зрения // Клиническая физиология зрения: Сборник научных трудов. - М.:
Русомед, 1993. - С. 102-114.
12. Celesia G. G., Daly R. F. Visual electroencephalographic computer analysis (VECA). A
new electrophysiologic test for the diagnosis of optic nerve lesions // Neurology. - 1977. - Vol. 27. № 7. - P. 637-641.
13. Cohen S. N., Syndulko K., Tourtellotte W. W., Pot-vin A. R. Critical frequency of
photic driving in the diagnosis of multiple scklorosis. A comparison to pattern evoked responses
// Arch. Neurol. - 1980. - Vol. 37. - № 2. - P. 80-83.
14. Шпак А. А. Исследования зрительных вызванных потенциалов на вспышку света у
7
больных с атрофией зрительного нерва // Офтальмологический журнал. - 1990. - № 6. С. 366-369.
15. Меркулов И. И. Введение в клиническую офтальмологию. - Харьков: Изд-во
Харьк. ун-та, 1964. - 310 с.
16. Петкова Н.
Возрастные
изменения
зрительно-функциональной способности
здорового глаза, установленные при помощи статико-периметрических исследований //
Актуальные проблемы офтальмологии / Под ред. М. М. Краснова, А. П. Нестерова (СССР),
С. Дыбова (НРБ). - М.: Медицина, 1981. - С. 13-21.
17. Autzen T., Work R. The effect of learning and age on short-term fluctuation and mean
sensitivity of automated static perimetry // Acta Ophthalmol (Copenh.). - 1990. - Vol. 68. - № 3. P. 327-330.
18. Квацион Г. В.
современных
коксовых
Влияние
неблагоприятных
печей
орган
на
зрения:
производственных
Автореф.
дис.
...
факторов
канд.
мед.
наук. - Алма-Ата, 1976. - 20 с.
19. Ульданов Г. А., Мамбетов Е. К., Лобах Л. Б. Состояние зрительных функций у
рабочих конверторного цеха Карагандинского металлургического комбината в офтальмоэргономическом аспекте // Офтальмологический журнал. - 1988. - № 5. - С. 296-299.
20. Tandon O. P., Kumar V. Visual evoked potential in rubber factory workers // Occup.
Med. - 1997. - Vol. 47. - № 1. - P. 11-14.
21. Макарова Г. А., Якобашвили В. А., Алексанянц Г. Д., Локтев С. А. О принципах
оценки
медико-биологических
критериев
функционального
состояния
организма
спортсменов // Теория и практика физической культуры. - 1991. - № 12. - С. 8-10.
22. Ендриховский С. Н. Время сенсомоторной реакции в исследовании зрительных
функций // Клиническая физиология зрения: Сборник научных трудов. - М., 1993. С. 261-276.
23. А. с. 1516088 СССР, МКИ4 А 61 В 5/16. Устройство для исследования критической
частоты слияния мельканий / Г.Г. Баранов, Р.Г.Вагапов, Р.Ш. Марданов, Ф.Х. Файзулин
(СССР). - 10 с.
24. ГОСТ 8.207-76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями.
Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. - М.: Изд-во стандартов,
1986. - 10 с.