Способ поддержания уровня бодрствования человека-оператора

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам охлаждения участка поверхности тела с целью поддержания уровня бодрствования человека-оператора, выполняющего монотонную сенсорную или сенсомоторную деятельность. Способ позволяет удлинить время активной работоспособности человека-оператора. Способ включает прерывистое циклическое охлаждение участка кожи лба на 5 - 15°С и перехода от первого режима охлаждения ко второму в течение 3 - 5 мин. При этом два участка кожи лба симметрично справа и слева от центральной линии лба, причем между охлаждаемыми участками поддерживают пространственную разность температур, которую в пределах длительности первого режима цикла поддерживают равной минус 4 - 8°С, а в течение второго режима цикла - плюс 4 - 8°С. При этом в первом режиме ведут охлаждение кожи лба на 5 - 15°С в течение 7 - 13 мин, затем во втором режиме - на 1 - 7°С в течение 6 - 10 мин, а переход к следующему циклу производят в течение 0,5 - 2,5 мин.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU»1572611 (5! ) 5 А 61 F 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4434802/28-14 (22) 3!.05.88 (46) 23.06.90. Бюл. № 23 (71) Специальное конструкторско-техническое бюро научного приборостроения Производственного объединения «Львовприбор» и Горьковский научно-исследовательский институт гигиены труда и профзаболеваний (72) А. И. Вайсман, И. С. Шендерова, М. Л. Герштейн, В. П. Шварц, В. В. Кольцов и А. Н. Дьяченко (53) 615.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1481945, кл. А 61 F 7/00, 1987. (54) СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ

БОДРСТВОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

«(57) Изобретение относится к медицине, а именно к способам охлаждения участка поверхности тела с целью поддержания уровня бодрствования человека-оператора, выполИзобретение относится к области медицины, а именно к гигиене труда.

Цель изобретения — удлинение времени активной работоспособности преимущественно у водителей.

Способ осуществляется следующим образом.

Для поддержания уровня бодрствования человека-оператора путем прерывистого циклического охлаждения цчастка кожи лба на

5 — 15 С и пе1 ехода от первого режима охлаждения ко второму в течение 3 — 5 мин производят охлаждение двух участков кожи лба симметрично справа и слева от центральной линии лба, причем между охлаждаемыми участками поддерживают пространственную разность температур, которую в пределах длительности первого режима цикла поддерживают равной минус 4 — 8 С, 2 няющего монотонную сенсорную или сенсомоторную деятельность. Способ позволяет удлинить время активной работоспособности человека-оператора. Способ включает прерывистое циклическое охлаждение участка кожи лба на 5 — 15 С и перехода от первого режима охлаждения ко второму в течение 3 — 5 мин. При этом охлаждают два участка кожи лба симметрично справа и слева от центральной линии лба, причем между охлаждаемыми участками поддерживают пространственную разность температур, которую в пределах длительности первого режима цикла поддерживают равной минус 4 — 8 С, а в течение второго режима цикла — плюс 4 — 8 С. При этом в первом режиме ведут охлаждение кожи лба на 5—

15 С в течение 7 — 13 мин, затем во втором режиме — на 1 — 7 С в течение 6 — 10 мин, а переход к следующему циклу производят в течение 0,5 — 2,5 мин. 5 табл. а в течение второго режима цикла плюс

4 — 8 С.

При этом в первом режиме ведут охлаждение кожи лба на 5 — 15 С в течение

7 — 13 мин, затем во втором режиме на 1 — 7 С в течение 6 — 10 мин, а переход к следующему циклу производят в течение 0,5 — 2,5 мин.

Использование противофазного циклического охлаждения двух участков кожи лба и создание разности температур 4 — 8 С позволяют повысить эффективность способа поддержания уровня бодрствования, увеличить длительность применения способа, достичь высокой эффективности в широких пределах изменения от температуры воздуха рабочей зоны.

Охлаждение двух участков кожи лба в противофазном прерывистом режиме с под1572611

3 держанием разности температур между участками плюс (4 — 8 С) и минус (4 — 8 С) позволяет достичь повышения эффективности способа поддержания уровня бодрствования за счет увеличения эффективности воздействия холодового раздражителя. Период высокой тонической активности терморецепторов при охлаждении на 5 — 15 С одного участка соответствует периоду реадаптации холодорецепторов второго участка, который охлаждают на 1--7 С. Таким образом, существенно возрастает достигаемый физиологический эффект воздействия охлаждения. В предлагаемом способе количество переходов удваивается и составляет 4.

Быстрые изменения величины воздействующего раздражителя оказывают наибольший физиологический эффект. Следовательно, противофазное охлаждение позволяет увеличить частоту циклов охлаждения и длительность использования способа, избегая адаптации терморецепторов. Кроме того, в предлагаемом способе воздействия создается

20 дополнительная пространственная разность температур между охлаждаемыми участками 4 — 8 С, что также способствует повышению эффективности воздействия охлаждения. Охлаждение двух участков позволяет воздействовать на большее количество терморецепторов, что позволяет IIQBblcHTh эффективность воздействия при повышенных температурах воздуха рабочей зоны.

Пример 1. Испытуемый Б. участвовал в эксперименте по лабораторному модели30 рованию монотонной сенсорной и сенсомоторной деятельности. Эксперимент проводили дважды: с целью поддержания уровня бодрствования в первом случае термоэлектрическое устройство работало в режиме охлаждения по известному способу во втором случае использовали заявляемый режим работы устройства — циклически охлаждали два участка кожи лба, симметрично справа и слева от центральной линии лба, причем режим охлаждения второго участка 40 относительно первого смещен по времени на длительность одного цикла (23,5 мин), а между участками поддерживалась разность температур 6 С. При этом охлаждали первый участок кожи лба на 10 С в течение 10 мин, затем осуществляли переход к охлаждению на 4 С в течение 4 мин, охлаждение на 4 С проводили в течение

8 мин и вновь осуществляли переход к охлаждению на 10 С в течение. 1,5 мин, причем период охлаждения первого участка кожи лба на 10 С осуществляли во время охлаждения второго участка на 6 С и наоборот.

Площадь каждой из охлаждающих пластин составляла 2,5 см . Сравнительные данные о динамике психофизиологических показателей у испытуемого Б. приведены в табл. 1.

Представленные данные подтверждают более высокую эффективность поддержания

4 уровня бодрствования по предлагаемому способу по сравнению с известным. Положительный эффект достигается как по показателям функционального состояния испыту мого (мощность ритмов ЭЭГ, параметры ряда R — R ЭКГ, уровень бодрствования по шкале «ФПС»), так и по качеству выполняемой деятельности (скорость реагирования частота пропусков) . Особенно четко прослеживается более высокая эффективность предлагаемого способа при длительности монотонной деятельности более 60 мин.

Данны Й пои мер выполнялся 11рк температуре воз уха рабоч- и зс.:;-:. :; 23 С. лабораторного мод-.;ирования сишол;!ял монотонную сенсомоторнчю де": -eò I,о.; -. при температуре воздуха рабочей зоиь. 26 — 3I C.

Эксперимент повторяли дважды. С целью поддержания уровня бодрствования н первом случае применяли режим охлаждения участка кожи лба по известному способу, во втором — по предлагаемому способу (как описано в примере 1). Динамика психофизиологических показателей испытуемого Б. в ходе экспериментов приведена в табл. 2.

При повышенной температуре воздуха рабочей зоны (26-31 С) реализация известного способа не позволяет достичь требуемого эффекта поддержания уровня бодрствования. При этом показатели функционального состояния испытуемого (по ЭЭГ, ЭКГ, шкала «ФПС») значительно отклоняются от исходного состояния, качество выполнения деятельности заметно ухудшается (увеличивается время реагирования и частота пропусков сигналов) . В то же время при осуществлении предлагаемого способа упомянутые показатели поддерживаются на уровне, близком к исходному. Таким образом, в данных условиях эксперимента предлагаемый способ оказывается более эффективным по сравнению с известным.

Пример 3. Сравнительная оценка эффективности известного способа и предлагаемого проводилась также в исследованиях на водителях, осуществляющих вождение автомобилей в стандартных монотонных условиях (по кольцевой скоростной дороге). Водитель выполнял движение в течение 2,5 ч, что вызывало у него состояние монотонии. На голове водителя закреплялось термоэлектрическое охлаждающее устройство. Общая площадь охлаждаемых участков кожи лба производили по режиму известного способа и по предлагаемому режиму (аналогично указанной процедуре в примере 1). Температура воздуха в кабине автомобиля 21 С.

Водитель С. выполнял вождение автомобиля, при этом фиксировалась каждые

5 с фактическая скорость движения автомобиля. Успешность деятельности оценивалась по параметрам отклонения заданной скорости движения за время прохождения каждого круга кольцевой дороги

1572611 (12 — 13 мин). Вычисление роятности удержания заданной скорости позволяет судить о развитии состояния монотонии. Также вычислялась сумма величин отклонений от заданной скорости, среднее значение отклонения от заданной скорости и величина стандартного отклонения (о) ряда измерений.

Динамика вероятности поддержания постоянной скорости движения автомобиля обнаруживает зависимость от способа воздействия охлаждения. Это особенно четко проявляется при длительности вождения более 60 мин. Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить более высокую вероятность поддержания постоянной скорости движения. Величины суммарного отклонения и среднего значения отклонения скорости имеют весьма сходный характер изменений и представлены в табл. 3.

При осуществлении предлагаемого способа по сравнению с известным наблюдается более стабильный характер управляющей деятельности водителя по поддержанию постоянной скорости автомобиля, что свидетельствует о более высоком уровне бодрствования в монотонных условиях вождения. Известный способ при длительности его использования более 60 мин .оказывается недостаточно эффективным, уступая по основным показателям качества деятельности водителя предлагаемому способу.

Пример 4. Водитель С. выполнял вождение по схеме эксперимента, описанной в примере 3, с той разницей, что температура воздуха в кабине автомобиля составляла 30 С.

Показатели вероятности поддержания постони, Ой г оростH движения водителем и о t îçûîëÿþò про, ести сравнительный анализ способов поддержания уровня бодрствования. При предлагаемом способе достигается более стабильное поддержание заданной скорости. Кроме того, сопоставление с результатами, приведенными в примере 3, выявляет заметное ухудшение качества деятельности в случае реализации известного способа при повышенной температуре воздуха на рабочем месте водителя.

Это подтверждается также полученными величинами суммарного отклонения от задан-: ной скорости (табл. 4) .

Из представленных данных (примеры 3 и 4) следует, что при увеличении длительности вождения в монотонных условиях и повышении температуры воздуха на рабочем месте водителя эффективность известного способа снижается судя по критериям стабильности поддержания заданного алгоритма деятельности. В то же время осуществление предлагаемого способа сопроврждается поддержа нием более высокого уровня бодрствования водителя, о чем можно судить по всем имеющимся показателям качества деятельности. Этот вывод хорошо согласуется и с результата ми определения уровня бодрствования по шкале;<ФПС», непосредственно отражающими функциональное психофизиологическое состояние организма человека (табл. 5).

Таким образом, результаты сравнения показателей качества деятельности в монотонных условиях и психофизиологических характеристиках функционального состояния человека подтверждают, что зачвленный режим охлаждения более эффективен для поддержания уровня бодрствования.

По сравнению с. известным предложенный способ поддержания уровня бодрствования обладает следующими преимуществами: обеспечивает повышение эффективности воздействия охлаждения за счет увеличения количества циклов и, следовательно, учащения резких температурных переходов, обладающих наибольшим физио20 логическим эффектом; позволяет увеличить эффективность охлаждения за счет удлинения периода высокой тонической активности терморецепторов, поскольку во время реадаптации одного участка производится наибольшее охлаждение второго участка кожи лба, а суммарное время реадаптации двух участков сокращается; позволяет увеличить продолжительность использования способа;

30 при повышенных температурах воздуха рабочей зоны позволяет выгодно повысить физиологическую эффективность охлаждения; позволяет уменьшить требование к точности поддержания температуры контактных пластин и, таким образом, является более доступным способом с точки зрения реализации в термоэлектрических устройствах, предназначенных для массового выпуска.

Формула изобретения

Способ поддержания уровня бодрствования человека-оператора, включающий циклическое охлаждение кожи лба, отличающийся тем, что, с целью удлинения времени

45 активной работоспособности, преимущественно у водителей, охлаждение кожи лба проводят на двух симметричных участках, а между охлажденными участка ми поддерживают разность температур минус 4—

8 С в течение первого режима цикла и

50 плюс 4 — 8 С в течение второго режима цикла, при этом в первом режиме ведут охлаждение кожи лба на 5 — 15 С в теченис

7 — 13 мин, во втором режиме — на 1 — 7 С в течение 6 — 10 мин, переход от первого

55 к второму режиму проводят за 3 — 5 мин, а к следующему циклу — в течение 0,5—

2,5 мин. причем охлаждение одного участка лба по отношению к другому сдвинуто по времени на длительность одного цикла.

1572611

Таблица 1 !:ихофизиологические показатели

До монотонности

60

120

Изве- Предстный лагаемый

Известный ред- Изве- Ipeparae- стныйлагаеый мый

Известный

Предлагае

MblH

Таблица 2

11с пх<1фпзиологически» указатели

До монотон ности

90

120

Изве- Предстный лагае мый

Изве — Предстный лагаемый

Изве- Предстнык лагаеИзве — Предстный лагаемый мый

565 530

16,9 8,2

3,0 3,6 индекс по гисто тэамм ряда 1 — R

138 112

Время сенсомоторных реакций, м с

Частота пропусков сигналов, 7.

Соотношение мощностей ритмов ЭЭГ, усл, еда

Уровень бодрствования, баллы по шкале

"ФПС"

Парасимпатический индекс (по гистограмме ряда I R ЭКГ), Уа имя сенсомоторных

r;rrrrA, м. с .астота пропусков пгналов, 7.

Соотношение мощностей ритмов ЭЭГ (†), усл, ед.

Уровень бодрствования, баллы по шкале "ФПС"

Парасимпатический

Монотонная деятельность, мин, по способу

496 525 512 533 517 547 524 571 530

4,8 6,0 5,6 7,9 7,1 12,0 7,9 13,4 8,5

1,48 1,50 1,43 1,55 1.38 1,71 1,24 1,82 1,49

4,0 4,0 4,0 3,8 3,9 3,4 3,8 3,2 3,8

100 105 102 112 106 120 107 126 110

Монотонная деятельность, мин, по способу

510 538 514 542 520 557 526

5,5 7,2 5,8 8,5 6,0 14,4 7,1

1,64 1,70 1,66 1,82 1,71 1,93 1,73 1,97 1,71

3,8 3,4 3,8 3,3 3,7 3,1 3,6

100 109 104 116 105 127 110

1572613

Та блица 3

Вождение, мин

Способ

108

144

36

Среднее значение уммар- Среднее ое от- значение

Суммарное отклонеСуммар- Среднее Суммар- Среднее ное от- значение ное от- значеклонение отклонеотклонеклоне- отклоне- клоне- ние отние е клонени ния ния

555 13,88 627

15,70 659

16, 50

695

17,38

13,55 553

i3,83 566 14,15

54?

581

14,52

Таблица 4

Способ

Вождение, мин

72

108

144

Суммар- Среднее ное от- значение

Суммарное отСуммарное Среднее отклоне- значение клонеклонение отклонеотклонение ние ния е ния ния

Известный 593

Предлагаемый 550

16,40 684

14,83 656

725

17,1

18,3

13,75 561

14,03

572

14, 3 604

15,1

Таблица 5

Уровень бодрствования, балл

После вождения по способу

Исходное состояние звестно- Предлагаемому

4,0

3,9

3,8

3,4

4,2

4,0

18-23

26-31

Известный

Пред.— лагаСреднее Суммар- Среднее значение ное от- значение отклоне клоне- отклонеТемпература воздуха на рабочем месте водителя, С

Составитель Т. Трушина

Редактор Л. Гратилло Техред А. Кравчук Корректор О. Ципле

Заказ 1601 Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», t.. Ужгород, ул. Гагарина, !О!