Умственная и физическая нагрузка

Концепция умственной рабочей нагрузки (MWL) становится все более важной, поскольку современные полуавтоматические и компьютеризированные технологии могут налагать жесткие требования на умственные способности человека или возможности обработки информации как в производственных, так и в административных задачах. Таким образом, особенно для областей анализа работы, оценки требований к работе и планирования работы, концептуализация умственной нагрузки стала даже более важной, чем концептуализация традиционной физической нагрузки.

Определения умственной нагрузки

Общепринятого определения умственной нагрузки не существует. Основная причина заключается в том, что существует по крайней мере два теоретически хорошо обоснованных подхода и определения: (1) MWL, рассматриваемый с точки зрения требований задачи как независимая внешняя переменная, с которой рабочие субъекты должны справляться более или менее эффективно, и (2) MWL, определяемый с точки зрения взаимодействия между требованиями задачи и человеческими способностями или ресурсами (Hancock and Chignell, 1986; Welford, 1986; Wieland-Eckelmann, 1992).

Хотя они возникают из разных контекстов, оба подхода предлагают необходимый и обоснованный вклад в решение разных проблем.

Ассоциация требования ресурсы взаимодействие подход был разработан в контексте теорий соответствия/несоответствия личности и окружающей среды, которые пытаются объяснить межиндивидуальные различные реакции на идентичные физические и психосоциальные условия и требования. Таким образом, этот подход может объяснить индивидуальные различия в моделях субъективных реакций на требования и условия нагрузки, например, с точки зрения усталости, монотонности, аффективного отвращения, эмоционального выгорания или болезней (Gopher and Donchin, 1986; Hancock and Meshkati, 1988).

Ассоциация требования к задаче подход был разработан в рамках тех частей психологии труда и эргономики, которые преимущественно занимаются проектированием задач, особенно в разработке новых и неиспытанных будущих задач, или так называемых перспективный дизайн задачи. В основе здесь лежит концепция напряжения-деформации. Требования, предъявляемые к задаче, создают стресс, и работающие субъекты пытаются приспособиться или справиться с требованиями так же, как и при других формах стресса (Hancock and Chignell, 1986). Этот подход к требованиям к задачам пытается ответить на вопрос о том, как планировать задачи заранее, чтобы оптимизировать их последующее влияние на — часто еще неизвестных — сотрудников, которые будут выполнять эти будущие задачи.

Есть по крайней мере несколько общих характеристик обеих концепций MWL.

1. MWL в основном описывает входные аспекты задач, то есть требования и требования, предъявляемые задачами к сотрудникам, которые можно использовать при прогнозировании результатов задачи.
2. Ментальные аспекты MWL концептуализируются с точки зрения обработки информации. Обработка информации включает в себя когнитивные, а также мотивационно-волевые и эмоциональные аспекты, поскольку люди всегда будут оценивать требования, с которыми им приходится справляться, и, таким образом, будут саморегулировать свои усилия по обработке.
3. Обработка информации объединяет ментальные процессы, представления (например, знания или ментальные модели машины) и состояния (например, состояния сознания, степени активации и, менее формально, настроение).
4. MWL — это многомерная характеристика требований к задаче, поскольку каждая задача различается по паре взаимосвязанных, но, тем не менее, различных измерений, которые должны рассматриваться отдельно при разработке задачи.
5. MWL будет иметь многомерное воздействие, которое, по крайней мере, будет определять (а) поведение, например, стратегии и результирующие результаты, (б) воспринимаемое субъективное краткосрочное благополучие с последствиями для здоровья в долгосрочной перспективе и (в). ) психофизиологические процессы, например, изменения артериального давления на работе, которые могут стать долговременными эффектами положительного характера (способствуя, например, улучшению физической формы) или отрицательного характера (вызывая нарушения или болезни).
6. С точки зрения построения задачи, MWL следует не минимизировать, как это было бы необходимо в случае канцерогенного загрязнения воздуха, а оптимизировать. Причина в том, что высокие требования к умственным задачам неизбежны для благополучия, укрепления здоровья и квалификации, поскольку они предлагают необходимые активирующие импульсы, предпосылки для физической подготовки и варианты обучения/тренировки. Отсутствие требований, наоборот, может привести к дезактивации, потере физической формы, деквалификации и ухудшению так называемой внутренней (зависимой от содержания задания) мотивации. Открытия в этой области привели к разработке методики разработки задач, способствующих укреплению здоровья и личности (Hacker, 1986).
7. Таким образом, MWL в любом случае необходимо учитывать при анализе задач, оценке требований к задачам, а также при разработке корректирующих и перспективных задач.

Теоретические подходы: подходы «требования-ресурсы»

С точки зрения соответствия человека и окружающей среды, MWL и его последствия могут быть грубо классифицированы, как показано на рисунке 1, на недогрузку, правильно подобранную нагрузку и перегрузку. Эта категоризация является результатом взаимосвязи между требованиями задачи и умственными способностями или ресурсами. Требования задачи могут превышать, соответствовать или не удовлетворяться ресурсами. Оба типа несоответствия могут быть результатом количественных или качественных модусов несоответствия и будут иметь качественно разные, но в любом случае негативные последствия (см. рис. 1).

Рисунок 1. Типы и последствия отношений требования-ресурсы

Некоторые теории пытаются определить MWL, начиная со стороны требований к ресурсам или мощностям, а именно отношений ресурсов. Эти теории ресурсов можно разделить на теории объема ресурсов и теории распределения ресурсов (Wieland-Eckelmann, 1992). Объем доступной емкости может поступать из одного источника (одинарной теории ресурсов), которая определяет процессинг. Доступность этого ресурса зависит от возбуждения (Kahneman, 1973). Современный с разными ресурсные теории предполагают набор относительно независимых ресурсов обработки. Таким образом, производительность будет зависеть от того, требуются ли один и тот же ресурс или разные ресурсы одновременно и одновременно. К разным ресурсам относятся, например, ресурсы кодирования, обработки или ответа (Gopher and Donchin 1986; Welford 1986). Наиболее важной проблемой для этих типов теорий является надежное определение одной или нескольких четко определенных возможностей для качественно различных операций обработки.

Теории распределения ресурсов предполагают качественно изменяющуюся обработку в зависимости от различных стратегий. В зависимости от стратегий для выполнения задачи могут применяться разные психические процессы и представления. Таким образом, ключевым моментом становится не объем стабильных ресурсов, а гибкие стратегии распределения. Тем не менее, еще предстоит ответить на важные вопросы, особенно касающиеся методов диагностики стратегий.

Оценка MWL: использование подходов «требования-ресурсы»

Строгое измерение MWL в настоящее время невозможно, поскольку отсутствуют четко определенные единицы измерения. Но, безусловно, концептуализация и инструменты оценки должны соответствовать общим критериям качества диагностических подходов, которые обладают объективностью, надежностью, валидностью и полезностью. Однако на данный момент мало что известно об общем качестве предлагаемых методов или инструментов.

Существует значительное количество причин, по которым сохраняются трудности с оценкой MWL в соответствии с подходами «требования-ресурсы» (O'Donnell and Eggemeier, 1986). Попытка оценки MWL должна справиться с такими вопросами, как следующие: является ли задача самонамеренной, следующей ли она поставленной цели, или она направлена ​​со ссылкой на определенный извне порядок? Какие типы способностей (сознательная интеллектуальная обработка, применение неявных знаний и т. д.) требуются и вызываются ли они одновременно или последовательно? Существуют ли различные стратегии, и если да, то какие? Какие копинг-механизмы работающего человека могут потребоваться?

Наиболее часто обсуждаемые подходы пытаются оценить MWL с точки зрения:

1. необходимое усилие (оценка усилий) подходы, применяющие — в некоторых версиях, психофизиологически подтвержденные — процедуры масштабирования, такие как предложенные Бартенверфером (1970) или Эйлерсом, Нахрайнером и Ханике (1986), или
2. занятой или, наоборот, остаточной умственной дееспособности (оценка умственных способностей) подходы с применением традиционных методы двойной задачи как, например, обсуждалось О'Доннелом и Эггемайером (1986).

Оба подхода сильно зависят от предположений теорий единого ресурса и, следовательно, должны бороться с вышеупомянутыми вопросами.

Оценка усилий. Такие методы оценки усилий, как, например, процедура масштабирования, применяемая к воспринимаемому корреляту общая центральная активация, разработанные и утвержденные Бартенверфером (1970), предлагают вербальные шкалы, которые могут быть дополнены графическими шкалами и оценивают одномерно изменяющуюся часть воспринимаемых необходимых усилий во время выполнения задачи. Испытуемых просят описать свои воспринимаемые усилия с помощью одного из шагов предоставленной шкалы.

Критерии качества, упомянутые выше, удовлетворяются этой техникой. Его ограничения включают одномерность шкалы, охватывающую существенную, но сомнительную часть воспринимаемых усилий; ограниченная или отсутствующая возможность прогнозирования предполагаемых результатов личных задач, например, с точки зрения усталости, скуки или беспокойства; и особенно в высшей степени абстрактный или формальный характер усилий, которые почти ничего не идентифицируют и не объясняют из зависимых от содержания аспектов MWL, как, например, любые возможные полезные применения квалификации или вариантов обучения.

Оценка умственных способностей. Оценка умственных способностей состоит из методов двойного задания и связанной с ними процедуры интерпретации данных, называемой эксплуатационная характеристика (ПОЦ). Методы двойной задачи охватывают несколько процедур. Их общей чертой является то, что испытуемым предлагается выполнять две задачи одновременно. Ключевая гипотеза заключается в следующем: чем меньше дополнительная или второстепенная задача в ситуации двойной задачи будет ухудшаться по сравнению с базовой ситуацией с одной задачей, тем ниже требования к умственным способностям основной задачи, и наоборот. В настоящее время подход расширен и исследуются различные варианты интерференции задач в условиях двойной задачи. Например, испытуемым предлагается выполнять две задачи одновременно с градуированными вариациями приоритетов задач. Кривая POC графически иллюстрирует влияние возможных комбинаций двух задач, возникающих из-за разделения ограниченных ресурсов между одновременно выполняемыми задачами.

Критические предположения подхода в основном состоят в предположении, что каждая задача потребует определенной доли стабильной, ограниченной сознательной (по сравнению с бессознательной, автоматизированной, неявной или неявной) вычислительной мощности в гипотетической аддитивной взаимосвязи двух требований к мощности, и в ограничении подхода только к данным о производительности. Последнее может ввести в заблуждение по нескольким причинам. Прежде всего, существуют существенные различия в чувствительности данных о производительности и субъективно воспринимаемых данных. Воспринимаемая нагрузка, по-видимому, определяется в основном количеством требуемых ресурсов, часто операционально выраженных в терминах рабочей памяти, в то время как показатели производительности, по-видимому, определяются преимущественно эффективностью совместного использования ресурсов в зависимости от стратегий распределения (это теория диссоциации; см. Wickens and Yeh 1983). Более того, индивидуальные различия в способностях к обработке информации и личностных чертах сильно влияют на показатели СВЛ в субъективной (воспринимаемой), исполнительской и психофизиологической областях.

Теоретические подходы: подходы к задачам

Как было показано, требования к задаче многомерны и, таким образом, могут быть недостаточно описаны с помощью только одного измерения, будь то воспринимаемое усилие или остаточная сознательная умственная способность. Более глубокое описание могло бы быть профильным, применяя теоретически выбранную схему градуированных измерений характеристик задачи. Таким образом, центральным вопросом является концептуализация «задачи», особенно с точки зрения содержания задачи, и «выполнения задачи», особенно с точки зрения структуры и фаз целенаправленных действий. Роль задачи подчеркивается тем фактом, что даже воздействие контекстуальных условий (таких как температура, шум или рабочее время) на людей зависит от задачи, поскольку они опосредованы задачей, выступающей в качестве шлюза (Fisher, 1986). . Различные теоретические подходы в достаточной степени согласуются в отношении тех критических аспектов задачи, которые обеспечивают достоверное предсказание результата задачи. В любом случае результат задачи двоякий, поскольку (1) должен быть достигнут намеченный результат, отвечающий критериям производительности и результата, и (2) возникнет ряд непреднамеренных личных краткосрочных и кумулятивных долгосрочных побочных эффектов, для например усталость, скука (монотонность), профессиональные заболевания или улучшение внутренней мотивации, знаний или навыков.

Оценка MWL. С подходами требований к задаче, подходами, ориентированными на действия, такими как полные и частичные действия или оценка потенциала мотивации (разработку обоих см. в Hacker 1986), в качестве обязательных характеристик задачи для анализа и оценки предлагаются, по крайней мере, следующие:

• временная и процедурная автономия в отношении принятия решений по самостоятельно поставленным целям и, как следствие, прозрачность, предсказуемость и контроль рабочей ситуации

• количество и разнообразие подзадач (особенно касающихся подготовки, организации и проверки результатов выполнения) и действий, выполняющих эти подзадачи (т. е. предусматривают ли такие действия циклическую полноту или фрагментарность)

• разновидность («уровень») деятельностно-регулирующих психических процессов и представлений. Это могут быть мысленно автоматизированные или рутинные, основанные на знаниях «если-то» или интеллектуальные и решающие проблемы. (Они также могут характеризоваться иерархической полнотой, а не фрагментарностью)

• необходимое сотрудничество

• требования или варианты долгосрочного обучения.

Идентификация этих характеристик задачи требует совместных процедур анализа работы/задачи, включая анализ документов, наблюдения, интервью и групповые обсуждения, которые должны быть интегрированы в квазиэкспериментальный план (Рудольф, Шенфельдер и Хакер, 1987). Доступны инструменты анализа задач, которые могут направлять и помогать анализу. Некоторые из них помогают только анализу (например, NASA-TLX Task Load Index, Hart and Staveland, 1988), в то время как другие полезны для оценки и проектирования или перепроектирования. Примером здесь является TBS-GA (Tätigkeitsbewertungs System für geistige Arbeit [Опрос диагностики задач — умственная работа]); см. Рудольф, Шенфельдер и Хакер (1987).

Назад

Слово биомаркером сокращение от слова «биологический маркер», термин, который относится к измеримому событию, происходящему в биологической системе, например, в организме человека. Затем это событие интерпретируется как отражение или маркер более общего состояния организма или ожидаемой продолжительности жизни. В гигиене труда биомаркер обычно используется в качестве индикатора состояния здоровья или риска заболевания.

Биомаркеры используются для исследований in vitro, а также in vivo, которые могут включать людей. Обычно выделяют три конкретных типа биологических маркеров. Хотя несколько биомаркеров может быть трудно классифицировать, обычно их делят на биомаркеры воздействия, биомаркеры эффекта или биомаркеры чувствительности (см. таблицу 1).

Таблица 1. Примеры биомаркеров воздействия или биомаркеров эффекта, которые используются в токсикологических исследованиях в области гигиены труда

При приемлемой степени достоверности биомаркеры могут использоваться для нескольких целей. В индивидуальном порядке биомаркер может быть использован для подтверждения или опровержения диагноза определенного типа отравления или других побочных эффектов, вызванных химическими веществами. У здорового человека биомаркер может также отражать индивидуальную гиперчувствительность к определенным химическим воздействиям и, следовательно, может служить основой для прогнозирования риска и консультирования. В группах работников, подвергшихся воздействию, некоторые биомаркеры воздействия могут применяться для оценки степени соблюдения правил по борьбе с загрязнением или эффективности профилактических мер в целом.

Биомаркеры воздействия

Биомаркером воздействия может быть экзогенное соединение (или метаболит) в организме, продукт взаимодействия между соединением (или метаболитом) и эндогенным компонентом или другое событие, связанное с воздействием. Чаще всего биомаркеры воздействия стабильных соединений, таких как металлы, включают измерения концентрации металлов в соответствующих образцах, таких как кровь, сыворотка или моча. В случае летучих химических веществ можно оценить их концентрацию в выдыхаемом воздухе (после вдыхания чистого воздуха). Если соединение метаболизируется в организме, один или несколько метаболитов могут быть выбраны в качестве биомаркера воздействия; метаболиты часто определяются в образцах мочи.

Современные методы анализа могут позволить разделить изомеры или конгенеры органических соединений, а также определить состав соединений металлов или изотопные отношения определенных элементов. Сложные анализы позволяют определять изменения в структуре ДНК или других макромолекул, вызванные связыванием с реактивными химическими веществами. Такие передовые методы, несомненно, приобретут значительно большее значение для применения в исследованиях биомаркеров, а более низкие пределы обнаружения и лучшая аналитическая достоверность, вероятно, сделают эти биомаркеры еще более полезными.

Особенно многообещающие разработки произошли с биомаркерами воздействия мутагенных химических веществ. Эти соединения реакционноспособны и могут образовывать аддукты с макромолекулами, такими как белки или ДНК. Аддукты ДНК могут быть обнаружены в лейкоцитах или биоптатах тканей, а специфические фрагменты ДНК могут выделяться с мочой. Например, воздействие этиленоксида приводит к реакциям с основаниями ДНК, и после удаления поврежденного основания N-7-(2-гидроксиэтил)гуанин выводится с мочой. Некоторые аддукты могут не относиться непосредственно к конкретному воздействию. Например, 8-гидрокси-2'-дезоксигуанозин отражает окислительное повреждение ДНК, и эта реакция может быть вызвана несколькими химическими соединениями, большинство из которых также вызывают перекисное окисление липидов.

Другие макромолекулы также могут быть изменены путем образования аддукта или окисления. Особый интерес представляет то, что такие реактивные соединения могут образовывать аддукты гемоглобина, которые можно определить как биомаркеры воздействия соединений. Преимущество состоит в том, что из образца крови можно получить достаточное количество гемоглобина, и, учитывая четырехмесячное время жизни эритроцитов, аддукты, образующиеся с аминокислотами белка, будут указывать на общее воздействие за этот период.

Аддукты можно определить с помощью чувствительных методов, таких как высокоэффективная липидная хроматография, также доступны некоторые иммунологические методы. В целом аналитические методы являются новыми, дорогими и нуждаются в дальнейшей разработке и валидации. Лучшая чувствительность может быть получена с помощью ³²Анализ P после мечения, который является неспецифическим признаком того, что имело место повреждение ДНК. Все эти методы потенциально полезны для биологического мониторинга и применяются во все большем числе исследований. Однако необходимы более простые и чувствительные аналитические методы. Учитывая ограниченную специфичность некоторых методов при низкоуровневом воздействии, курение табака или другие факторы могут существенно повлиять на результаты измерения, что вызовет трудности в интерпретации.

Воздействие мутагенных соединений или соединений, которые метаболизируются в мутагены, также можно определить путем оценки мутагенности мочи подвергшегося воздействию человека. Образец мочи инкубируют со штаммом бактерий, в котором экспрессируется определенная точечная мутация, которую можно легко измерить. Если в образце мочи присутствуют мутагенные химические вещества, то в бактериях будет происходить повышенная скорость мутаций.

Биомаркеры воздействия необходимо оценивать с точки зрения временных вариаций воздействия и отношения к различным компартментам. Таким образом, временные рамки, представленные биомаркером, то есть степень, в которой измерение биомаркера отражает прошлые воздействия и/или накопленную нагрузку на организм, должны быть определены на основе токсикокинетических данных для интерпретации результата. В частности, следует учитывать степень, в которой биомаркер указывает на задержку в конкретных органах-мишенях. Хотя образцы крови часто используются для исследования биомаркеров, периферическая кровь обычно не рассматривается как компартмент как таковой, хотя она действует как транспортная среда между компартментами. Степень, в которой концентрация в крови отражает уровни в различных органах, широко варьируется в зависимости от различных химических веществ и обычно также зависит от продолжительности воздействия, а также времени, прошедшего после воздействия.

Иногда этот тип доказательств используется для классификации биомаркера как показателя (общей) поглощенной дозы или показателя эффективной дозы (т. е. количества, достигшего ткани-мишени). Например, воздействие определенного растворителя можно оценить по данным о фактической концентрации растворителя в крови в определенное время после воздействия. Это измерение будет отражать количество растворителя, впитавшегося в организм. Часть абсорбированного количества будет выдыхаться из-за давления паров растворителя. Циркулируя в крови, растворитель будет взаимодействовать с различными компонентами организма и в конечном итоге подвергнется расщеплению ферментами. Исход метаболических процессов можно оценить, определяя специфические меркаптуровые кислоты, образующиеся при конъюгации с глутатионом. Кумулятивная экскреция меркаптуровых кислот может лучше отражать эффективную дозу, чем концентрация в крови.

Жизненные события, такие как размножение и старение, могут повлиять на распространение химического вещества. Беременность существенно влияет на распределение химических веществ в организме, и многие химические вещества могут проникать через плацентарный барьер, вызывая воздействие на плод. Лактация может приводить к экскреции жирорастворимых химических веществ, что приводит к уменьшению их удержания в организме матери и повышенному поглощению младенцем. Во время потери веса или развития остеопороза могут высвобождаться накопленные химические вещества, что затем может привести к возобновлению и длительному «эндогенному» воздействию на органы-мишени. Другие факторы могут влиять на индивидуальную абсорбцию, метаболизм, удержание и распределение химических соединений, и доступны некоторые биомаркеры восприимчивости (см. ниже).

Биомаркеры эффекта

Маркером эффекта может быть эндогенный компонент, или мера функциональной способности, или какой-либо другой показатель состояния или баланса организма или системы органов, затронутых воздействием. Такие маркеры эффекта обычно являются доклиническими индикаторами отклонений.

Эти биомаркеры могут быть специфическими или неспецифическими. Конкретные биомаркеры полезны, поскольку они указывают на биологический эффект конкретного воздействия, таким образом предоставляя доказательства, которые потенциально могут быть использованы в профилактических целях. Неспецифические биомаркеры не указывают на индивидуальную причину эффекта, но они могут отражать общий комплексный эффект из-за смешанного воздействия. Таким образом, оба типа биомаркеров могут иметь большое значение для гигиены труда.

Не существует четкого различия между биомаркерами воздействия и биомаркерами эффекта. Например, можно сказать, что образование аддукта отражает эффект, а не воздействие. Однако биомаркеры эффекта обычно указывают на изменения в функциях клеток, тканей или организма в целом. Некоторые исследователи включают грубые изменения, такие как увеличение веса печени лабораторных животных, подвергшихся воздействию, или снижение роста у детей, в качестве биомаркеров эффекта. В целях гигиены труда биомаркеры воздействия должны быть ограничены теми, которые указывают на субклинические или обратимые биохимические изменения, такие как ингибирование ферментов. Наиболее часто используемым биомаркером эффекта, вероятно, является ингибирование холинэстеразы, вызванное некоторыми инсектицидами, то есть органофосфатами и карбаматами. В большинстве случаев этот эффект полностью обратим, а ингибирование фермента отражает общее воздействие данной группы инсектицидов.

Некоторые воздействия приводят не к ингибированию фермента, а к повышению активности фермента. Это касается нескольких ферментов, принадлежащих к семейству Р450 (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»). Они могут быть вызваны воздействием определенных растворителей и полиароматических углеводородов (ПАУ). Поскольку эти ферменты в основном экспрессируются в тканях, из которых трудно получить биопсию, активность фермента определяют косвенно in vivo путем введения соединения, которое метаболизируется этим конкретным ферментом, а затем измеряют продукт распада в моче или плазме.

Другие воздействия могут индуцировать синтез защитного белка в организме. Лучшим примером, вероятно, является металлотионеин, который связывает кадмий и способствует выведению этого металла из организма; воздействие кадмия является одним из факторов, приводящих к повышенной экспрессии гена металлотионеина. Подобные защитные белки могут существовать, но они еще недостаточно изучены, чтобы их можно было принять в качестве биомаркеров. Среди кандидатов на возможное использование в качестве биомаркеров есть так называемые белки стресса, первоначально называемые белками теплового шока. Эти белки вырабатываются рядом различных организмов в ответ на различные неблагоприятные воздействия.

Окислительное повреждение можно оценить, определив концентрацию малонового диальдегида в сыворотке крови или выдыхаемый этан. Точно так же экскреция с мочой белков с небольшой молекулярной массой, таких как альбумин, может быть использована в качестве биомаркера раннего повреждения почек. Некоторые параметры, обычно используемые в клинической практике (например, уровни гормонов или ферментов в сыворотке), также могут быть полезны в качестве биомаркеров. Однако многие из этих параметров могут быть недостаточно чувствительными для раннего выявления нарушений.

Другая группа параметров воздействия относится к генотоксическим эффектам (изменениям в структуре хромосом). Такие эффекты могут быть обнаружены при микроскопии лейкоцитов, которые подвергаются клеточному делению. Серьезные повреждения хромосом — хромосомные аберрации или образование микроядер — можно увидеть в микроскоп. Повреждение также может быть обнаружено путем добавления красителя к клеткам во время клеточного деления. Затем воздействие генотоксического агента может быть визуализировано как повышенный обмен красителя между двумя хроматидами каждой хромосомы (обмен сестринскими хроматидами). Хромосомные аберрации связаны с повышенным риском развития рака, но значение повышенной скорости обмена сестринскими хроматидами менее ясно.

Более сложная оценка генотоксичности основана на определенных точечных мутациях в соматических клетках, то есть в лейкоцитах или эпителиальных клетках, полученных из слизистой оболочки полости рта. Мутация в определенном локусе может сделать клетки способными расти в культуре, содержащей химическое вещество, которое в других отношениях является токсичным (например, 6-тиогуанин). В качестве альтернативы можно оценить специфический генный продукт (например, сывороточные или тканевые концентрации онкопротеинов, кодируемых конкретными онкогенами). Очевидно, что эти мутации отражают общее причиненное генотоксическое повреждение и не обязательно указывают на причинное воздействие. Эти методы еще не готовы для практического использования в области гигиены труда, но быстрый прогресс в этом направлении исследований предполагает, что такие методы станут доступными в течение нескольких лет.

Биомаркеры восприимчивости

Маркер восприимчивости, унаследованный или индуцированный, является индикатором того, что человек особенно чувствителен к действию ксенобиотика или к действию группы таких соединений. Наибольшее внимание было сосредоточено на генетической предрасположенности, хотя и другие факторы могут быть не менее важными. Гиперчувствительность может быть связана с унаследованной чертой, конституцией человека или факторами окружающей среды.

Способность метаболизировать определенные химические вещества вариабельна и определяется генетически (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»). Несколько соответствующих ферментов, по-видимому, контролируются одним геном. Например, окисление чужеродных химических веществ в основном осуществляется семейством ферментов, принадлежащих к семейству Р450. Другие ферменты делают метаболиты более водорастворимыми за счет конъюгации (например, N-ацетилтрансфераза и μ-глутатион-S-трансфераза). Активность этих ферментов контролируется генетически и значительно варьирует. Как упоминалось выше, активность можно определить, введя небольшую дозу лекарства и затем определив количество метаболита в моче. Некоторые из генов в настоящее время охарактеризованы, и доступны методы определения генотипа. Важные исследования показывают, что риск развития некоторых форм рака связан со способностью метаболизировать чужеродные соединения. Многие вопросы до сих пор остаются без ответа, что в настоящее время ограничивает использование этих биомаркеров потенциальной восприимчивости в гигиене труда.

Другие унаследованные признаки, такие как альфа₁Дефицит антитрипсина или дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы также приводят к нарушению защитных механизмов в организме, вызывая тем самым повышенную чувствительность к определенным воздействиям.

Большинство исследований, связанных с восприимчивостью, касались генетической предрасположенности. Другие факторы также играют роль, и ими частично пренебрегают. Например, люди с хроническими заболеваниями могут быть более чувствительны к профессиональному воздействию. Кроме того, если патологический процесс или предыдущее воздействие токсичных химикатов вызвало некоторое субклиническое повреждение органов, то способность противостоять новому токсичному воздействию, вероятно, будет меньше. В качестве биомаркеров чувствительности в этом случае можно использовать биохимические показатели функции органов. Возможно, лучший пример гиперчувствительности относится к аллергическим реакциям. Если человек стал сенсибилизированным к определенному воздействию, то в сыворотке могут быть обнаружены специфические антитела. Даже если человек не стал сенсибилизированным, другие текущие или прошлые воздействия могут увеличить риск развития неблагоприятных последствий, связанных с профессиональным воздействием.

Серьезной проблемой является определение совместного действия смешанных экспозиций на рабочем месте. Кроме того, личные привычки и употребление наркотиков могут привести к повышенной восприимчивости. Например, табачный дым обычно содержит значительное количество кадмия. Таким образом, при профессиональном воздействии кадмия заядлый курильщик, накопивший значительное количество этого металла в организме, подвергается повышенному риску развития связанного с кадмием заболевания почек.

Применение в области гигиены труда

Биомаркеры чрезвычайно полезны в токсикологических исследованиях, и многие из них могут быть применимы в биологическом мониторинге. Тем не менее, ограничения также должны быть признаны. Многие биомаркеры до сих пор изучались только на лабораторных животных. Токсикокинетические модели у других видов могут не обязательно отражать ситуацию у людей, и для экстраполяции могут потребоваться подтверждающие исследования на людях-добровольцах. Кроме того, необходимо принимать во внимание индивидуальные вариации, обусловленные генетическими или конституциональными факторами.

В некоторых случаях биомаркеры экспозиции вообще могут оказаться неосуществимыми (например, для химических веществ, которые недолговечны in vivo). Другие химические вещества могут накапливаться или воздействовать на органы, недоступные для обычных процедур, такие как нервная система. Путь воздействия также может влиять на характер распределения и, следовательно, на измерение биомаркеров и их интерпретацию. Например, прямое воздействие на мозг через обонятельный нерв, скорее всего, не будет обнаружено путем измерения биомаркеров воздействия. Что касается биомаркеров влияния, то многие из них вовсе не специфичны, и изменение может быть обусловлено самыми разными причинами, в том числе факторами образа жизни. Возможно, особенно в отношении биомаркеров восприимчивости, интерпретация в настоящее время должна быть очень осторожной, поскольку остается много неопределенностей в отношении общей значимости отдельных генотипов для здоровья.

В области гигиены труда идеальный биомаркер должен удовлетворять нескольким требованиям. Прежде всего, сбор и анализ проб должны быть простыми и надежными. Для оптимального аналитического качества необходима стандартизация, но конкретные требования значительно различаются. К основным областям, вызывающим озабоченность, относятся: подготовка человека, процедура отбора проб и обращение с пробами, а также процедура измерения; последний включает технические факторы, такие как процедуры калибровки и обеспечения качества, а также индивидуальные факторы, такие как образование и обучение операторов.

Для документирования аналитической достоверности и прослеживаемости эталонные материалы должны быть основаны на соответствующих матрицах и с соответствующими концентрациями токсичных веществ или соответствующих метаболитов на соответствующих уровнях. Чтобы биомаркеры можно было использовать для биологического мониторинга или в диагностических целях, ответственные лаборатории должны иметь хорошо документированные аналитические процедуры с определенными рабочими характеристиками и доступными записями, позволяющими проверить результаты. В то же время, тем не менее, необходимо учитывать экономические аспекты характеристики и использования эталонных материалов для дополнения процедур обеспечения качества в целом. Таким образом, достижимое качество результатов и способы их использования должны быть сбалансированы с дополнительными затратами на обеспечение качества, включая справочные материалы, рабочую силу и оборудование.

Еще одно требование состоит в том, что биомаркер должен быть специфичным, по крайней мере в условиях исследования, для определенного типа воздействия с четкой зависимостью от степени воздействия. В противном случае результат измерения биомаркера будет слишком сложно интерпретировать. Для правильной интерпретации результата измерения биомаркера воздействия должна быть известна диагностическая достоверность (т. е. перевод значения биомаркера в величину возможных рисков для здоровья). В этой области металлы служат парадигмой для исследования биомаркеров. Недавние исследования продемонстрировали сложность и тонкость взаимосвязей доза-реакция со значительными трудностями в определении уровней, не вызывающих воздействия, и, следовательно, также в определении переносимых воздействий. Тем не менее, такого рода исследования также продемонстрировали типы исследований и уточнения, которые необходимы для раскрытия соответствующей информации. Для большинства органических соединений количественные связи между воздействием и соответствующими неблагоприятными последствиями для здоровья пока недоступны; во многих случаях даже первичные органы-мишени точно не известны. Кроме того, оценка данных о токсичности и концентрации биомаркеров часто осложняется воздействием смесей веществ, а не воздействием одного соединения в данный момент времени.

Перед применением биомаркера в целях гигиены труда необходимо принять некоторые дополнительные меры. Во-первых, биомаркер должен отражать только субклинические и обратимые изменения. Во-вторых, учитывая, что результаты биомаркеров можно интерпретировать с точки зрения риска для здоровья, должны быть доступны профилактические меры, которые следует считать реалистичными в случае, если данные биомаркеров указывают на необходимость снижения воздействия. В-третьих, практическое использование биомаркера должно в целом рассматриваться как этически приемлемое.

Измерения промышленной гигиены можно сравнить с применимыми пределами воздействия. Точно так же результаты по биомаркерам воздействия или биомаркерам воздействия можно сравнивать с пределами биологического действия, иногда называемыми индексами биологического воздействия. Такие ограничения должны быть основаны на лучших советах клиницистов и ученых из соответствующих дисциплин, а ответственные администраторы в качестве «менеджеров риска» должны учитывать соответствующие этические, социальные, культурные и экономические факторы. Научная основа должна, по возможности, включать зависимости доза-реакция, дополненные информацией о вариациях восприимчивости в группе риска. В некоторых странах работники и представители общественности участвуют в процессе установления стандартов и вносят важный вклад, особенно когда научная неопределенность значительна. Одна из основных неопределенностей заключается в том, как определить неблагоприятное воздействие на здоровье, которое следует предотвратить, например, представляет ли образование аддукта в качестве биомаркера воздействия само по себе неблагоприятное воздействие (т. е. биомаркер воздействия), которое следует предотвратить. Трудные вопросы, вероятно, возникнут при принятии решения о том, является ли этически оправданным для одного и того же соединения разные пределы случайного воздействия, с одной стороны, и профессионального воздействия, с другой.

Информация, полученная при использовании биомаркеров, как правило, должна передаваться лицам, обследуемым в рамках отношений между врачом и пациентом. Этические проблемы должны быть особенно рассмотрены в связи с высоко экспериментальным анализом биомаркеров, который в настоящее время не может быть подробно интерпретирован с точки зрения реальных рисков для здоровья. Например, для населения в целом в настоящее время существует ограниченное руководство в отношении интерпретации биомаркеров воздействия, отличных от концентрации свинца в крови. Также важна уверенность в полученных данных (т.е. был ли сделан соответствующий отбор проб и использовались ли надежные процедуры обеспечения качества в задействованной лаборатории). Дополнительная область особого беспокойства связана с индивидуальной гиперчувствительностью. Эти вопросы необходимо учитывать при предоставлении обратной связи по результатам исследования.

Все слои общества, затронутые или заинтересованные в проведении исследования биомаркеров, должны быть вовлечены в процесс принятия решений о том, как обращаться с информацией, полученной в ходе исследования. Конкретные процедуры для предотвращения или преодоления неизбежных этических конфликтов должны быть разработаны в правовых и социальных рамках региона или страны. Однако каждая ситуация представляет собой отдельный набор вопросов и подводных камней, и невозможно разработать единую процедуру участия общественности, которая охватывала бы все области применения биомаркеров воздействия.

Назад

Понятие бдительности относится к состоянию бдительности человека-наблюдателя при выполнении задач, требующих эффективной регистрации и обработки сигналов. Основными характеристиками задач на бдительность являются относительно большая продолжительность и необходимость обнаружения нечастых и непредсказуемых целевых стимулов (сигналов) на фоне других стимульных событий.

Задачи на бдительность

Типичной задачей для исследования бдительности была задача операторов радаров. Исторически сложилось так, что их явно неудовлетворительные результаты во время Второй мировой войны послужили основным стимулом для обширного изучения бдительности. Еще одной важной задачей, требующей бдительности, является производственная инспекция. В более общем плане, все виды задач мониторинга, которые требуют обнаружения относительно нечастых сигналов, сопряжены с риском неудач при обнаружении и реагировании на эти критические события.

Задачи на бдительность составляют разнородный набор и различаются по нескольким параметрам, несмотря на их общие характеристики. Очевидно важным параметром является общая скорость стимула, а также скорость целевых стимулов. Не всегда удается однозначно определить скорость стимула. Это имеет место в задачах, которые требуют обнаружения целевых событий на фоне постоянно предъявляемых фоновых стимулов, например, при обнаружении критических значений на наборе циферблатов в задаче мониторинга. Менее очевидным является различие между задачами последовательного различения и задачами одновременного различения. В задачах одновременного различения и целевые стимулы, и фоновые стимулы присутствуют одновременно, в то время как в задачах последовательного различения предъявляются один за другим, так что предъявляются определенные требования к памяти. Хотя большинство задач на бдительность требуют обнаружения визуальных стимулов, также изучались стимулы в других модальностях. Стимулы могут быть привязаны к одному пространственному местоположению, или могут быть разные источники целевых стимулов. Целевые стимулы могут отличаться от фоновых по физическим характеристикам, а также по более концептуальным характеристикам (например, по определенному шаблону показаний счетчика, который может отличаться от других шаблонов). Конечно, заметность целей может быть разной: одних можно легко обнаружить, а другие трудно отличить от фоновых раздражителей. Целевые стимулы могут быть уникальными или могут быть наборы целевых стимулов без четко определенных границ, чтобы отделить их от фоновых стимулов, как это имеет место во многих задачах промышленного контроля. Этот список измерений, по которым различаются задачи на бдительность, может быть расширен, но даже такой длины списка достаточно, чтобы подчеркнуть неоднородность задач на бдительность и, следовательно, риски, связанные с обобщением определенных наблюдений по всему набору.

Изменения производительности и снижение бдительности

Наиболее часто используемая мера эффективности в задачах бдительности — доля целевых стимулов, например, бракованной продукции при промышленном контроле, которые были обнаружены; это оценка вероятности так называемого хиты. Те целевые раздражители, которые остаются незамеченными, называются промахов. Хотя частота попаданий является удобной мерой, она несколько неполна. Существует тривиальная стратегия, которая позволяет достичь 100% попаданий: нужно только классифицировать все стимулы как мишени. Однако 100-процентная частота попаданий затем сопровождается 100-процентной частотой ложных срабатываний, то есть не только целевые стимулы обнаруживаются правильно, но и фоновые стимулы «обнаруживаются» неправильно. Эта цепочка рассуждений делает совершенно ясным, что всякий раз, когда возникают ложные тревоги, важно знать их пропорцию в дополнение к частоте совпадений. Еще одним показателем производительности в задаче на бдительность является время, необходимое для ответа на целевые стимулы (время реакции).

Производительность в задачах на бдительность демонстрирует два типичных атрибута. Во-первых, это низкий общий уровень показателей бдительности. Оно низкое по сравнению с идеальной ситуацией для тех же стимулов (короткие периоды наблюдения, высокая готовность наблюдателя к каждому различению и т. д.). Второй признак — это так называемое снижение бдительности, снижение работоспособности в течение вахты, которое может начаться в течение первых нескольких минут. Оба эти наблюдения относятся к доле попаданий, но они также были зарегистрированы для времени отклика. Хотя снижение бдительности характерно для задач на бдительность, оно не является универсальным.

При исследовании причин плохой общей работоспособности и снижения бдительности будет проводиться различие между понятиями, связанными с основными характеристиками задачи, и понятиями, связанными с организменными и не связанными с задачей ситуационными факторами. Среди факторов, связанных с задачами, можно выделить стратегические и нестратегические.

Стратегические процессы в задачах бдительности

Обнаружение такого сигнала, как неисправный продукт, частично зависит от стратегии наблюдателя, а частично — от различимости сигнала. Это различие основано на теория обнаружения сигналов (TSD), и необходимо представить некоторые основы теории, чтобы подчеркнуть важность различия. Рассмотрим гипотетическую переменную, определенную как «свидетельство наличия сигнала». Всякий раз, когда предъявляется сигнал, эта переменная принимает некоторое значение, а всякий раз, когда предъявляется фоновый стимул, она принимает значение, которое в среднем ниже. Предполагается, что значение переменной свидетельства меняется при повторных представлениях сигнала. Таким образом, его можно охарактеризовать с помощью так называемой функции плотности вероятности, как показано на рисунке 1. Другая функция плотности характеризует значения переменной свидетельства при предъявлении фонового стимула. Когда сигналы подобны фоновым стимулам, функции будут перекрываться, так что определенное значение свидетельствующей переменной может происходить либо из сигнала, либо из фонового стимула. Конкретная форма функций плотности на рисунке 1 не является существенной для рассуждения.

Рисунок 1. Пороги и различимость

Реакция наблюдателя на обнаружение основана на переменной свидетельства. Предполагается, что порог установлен таким образом, что ответ на обнаружение дается всякий раз, когда значение переменной доказательства превышает порог. Как показано на рис. 1, площади под функциями плотности справа от порога соответствуют вероятностям попаданий и ложных срабатываний. На практике можно получить оценки разделения двух функций и положения порога. Разделение двух функций плотности характеризует различимость целевых стимулов от фоновых стимулов, а расположение порога характеризует стратегию наблюдателя. Изменение порога приводит к совместному изменению доли попаданий и ложных срабатываний. При высоком пороге доля попаданий и ложных срабатываний будет небольшой, а при низком пороге доля будет большой. Таким образом, выбор стратегии (постановка порога) по существу представляет собой выбор определенной комбинации частоты попаданий и частоты ложных срабатываний среди комбинаций, возможных при определенной различимости.

Двумя основными факторами, влияющими на расположение порога, являются выплаты и частота сигнала. Пороговое значение будет установлено на более низкие значения, когда есть большая выгода от попадания и мало потерь от ложной тревоги, и оно будет установлено на более высокие значения, когда ложные тревоги обходятся дорого, а выгоды от попаданий невелики. Установка низкого порога также может быть вызвана высокой долей сигналов, в то время как низкая доля сигналов имеет тенденцию вызывать более высокие настройки порога. Влияние частоты сигнала на настройки порога является основным фактором низкой общей производительности с точки зрения доли попаданий в задачах на бдительность и снижения бдительности.

Учет снижения бдительности с точки зрения стратегических изменений (изменений порогов) требует, чтобы уменьшение доли попаданий в ходе вахты сопровождалось уменьшением доли ложных срабатываний. На самом деле это имеет место во многих исследованиях, и вполне вероятно, что общая низкая производительность в задачах на бдительность (по сравнению с оптимальной ситуацией) также является результатом, по крайней мере частично, корректировки порога. В ходе вахты относительная частота срабатывания обнаружения сближается с относительной частотой целей, и эта регулировка предполагает высокий порог с относительно небольшой долей попаданий, а также относительно небольшой долей ложных срабатываний. Тем не менее, снижение бдительности происходит в результате изменения различимости, а не изменения пороговых значений. Они наблюдались в основном в задачах последовательного различения с относительно высокой частотой стимулирующих событий.

Нестратегические процессы в задачах на бдительность

Хотя часть общих плохих результатов в задачах на бдительность и многие случаи снижения бдительности можно объяснить с точки зрения стратегических корректировок порога обнаружения для низких скоростей сигнала, такой учет не является полным. Во время вахты у наблюдателя происходят изменения, которые могут снижать различимость стимулов или приводить к очевидным сдвигам порога, которые нельзя рассматривать как адаптацию к характеристикам задачи. За более чем 40 лет исследований бдительности был выявлен ряд нестратегических факторов, которые способствуют снижению общей производительности и снижению бдительности.

Правильный ответ на цель в задаче на бдительность требует достаточно точной сенсорной регистрации, соответствующего местоположения порога и связи между процессами восприятия и связанными с ними процессами, связанными с реакцией. Во время вахты наблюдатели должны поддерживать определенную постановку задачи, определенную готовность определенным образом реагировать на целевые раздражители. Это нетривиальное требование, поскольку без конкретной постановки задачи ни один наблюдатель не будет реагировать на целевые стимулы требуемым образом. Таким образом, двумя основными источниками неудач являются неточная сенсорная регистрация и отсутствие готовности реагировать на целевые стимулы. Основные гипотезы, объясняющие такие неудачи, будут кратко рассмотрены.

Обнаружение и идентификация стимула происходит быстрее, когда нет временной или пространственной неопределенности в отношении его появления. Временная и/или пространственная неопределенность может снизить бдительность. Это главное предсказание теория ожидания. Оптимальная готовность наблюдателя требует временной и пространственной определенности; очевидно, что задачи бдительности в этом отношении менее чем оптимальны. Хотя основное внимание в теории ожиданий уделяется общей низкой эффективности, она также может частично объяснить снижение бдительности. При нечастых сигналах со случайными интервалами изначально может существовать высокий уровень готовности в то время, когда сигнал не подается; кроме того, сигналы будут подаваться на низких уровнях готовности. Это препятствует случайным высоким уровням готовности в целом, так что любые выгоды от них исчезают в ходе вахты.

Теория ожидания тесно связана с теории внимания. Варианты аттенциональных теорий бдительности, безусловно, связаны с господствующими теориями внимания вообще. Рассмотрим представление о внимании как «выбор для обработки» или «выбор для действия». Согласно этой точке зрения, стимулы выбираются из окружающей среды и обрабатываются с высокой эффективностью всякий раз, когда они служат доминирующему в данный момент плану действий или набору задач. Как уже говорилось, отбор будет выигрывать от точных ожиданий относительно того, когда и где возникнут такие стимулы. Но стимулы будут выбраны только в том случае, если план действий — поставленная задача — активен. (Например, водители автомобилей реагируют на сигналы светофора, другого транспорта и т. д.; пассажиры обычно не реагируют, хотя оба находятся почти в одинаковой ситуации. Критическая разница в том, что между наборами задач из двух: только поставленная перед водителем задача требует реакции на сигналы светофора.)

Выбор стимулов для обработки будет страдать, когда план действий временно деактивирован, то есть временно отсутствует поставленная задача. Задания на бдительность включают в себя ряд особенностей, которые препятствуют постоянному поддержанию набора задач, таких как короткое время цикла обработки стимулов, отсутствие обратной связи и небольшая мотивационная проблема из-за очевидной сложности задачи. Так называемые блокировки можно наблюдать почти во всех простых когнитивных задачах с коротким временем цикла, таких как простые вычисления в уме или быстрые последовательные ответы на простые сигналы. Аналогичные блокировки возникают и при поддержании задачи, поставленной в задаче бдительности. Их нельзя сразу распознать как отсроченные ответы, потому что ответы нечасты, а цели, представленные в период отсутствия поставленной задачи, могут больше не существовать, когда отсутствие закончилось, поэтому вместо отсроченного ответа будет наблюдаться промах. Блокировки становятся более частыми со временем, потраченным на задачу. Это может привести к снижению бдительности. Могут быть и дополнительные причины временных провалов в доступности соответствующего набора задач, например, отвлечение внимания.

Определенные стимулы выбираются не в соответствии с текущим планом действий, а в силу их собственных характеристик. Это стимулы, которые являются интенсивными, новыми, движущимися к наблюдателю, имеют внезапное начало или по любой другой причине могут потребовать немедленных действий, независимо от текущего плана действий наблюдателя. Существует небольшой риск не обнаружить такие стимулы. Они автоматически привлекают внимание, на что указывает, например, ориентировочная реакция, заключающаяся в смещении направления взгляда на источник раздражителя. Однако ответ на тревожный звонок обычно не считается задачей бдительности. Помимо стимулов, привлекающих внимание своими характеристиками, существуют стимулы, которые автоматически обрабатываются в результате практики. Они как бы «выскакивают» из окружающей среды. Этот вид автоматической обработки требует расширенной практики с так называемым последовательным отображением, то есть последовательным присвоением ответов на стимулы. Снижение бдительности, вероятно, будет небольшим или даже отсутствовать после того, как будет развита автоматическая обработка стимулов.

Наконец, производительность бдительности страдает от отсутствия возбуждения. Это понятие в довольно общем плане относится к интенсивности нейронной активности, варьирующейся от сна до нормального бодрствования и сильного возбуждения. Считается, что одним из факторов, влияющих на возбуждение, является внешняя стимуляция, и ее уровень довольно низок и одинаков в большинстве задач на бдительность. Таким образом, интенсивность активности центральной нервной системы может снижаться в целом в течение часов. Важным аспектом теории возбуждения является то, что она связывает показатели бдительности с различными ситуационными факторами, не связанными с задачей, и факторами, связанными с организмом.

Влияние ситуационных и органических факторов

Низкое возбуждение способствует плохой работе в задачах на бдительность. Таким образом, производительность может быть улучшена ситуационными факторами, которые усиливают возбуждение, и снижена всеми мерами, снижающими уровень возбуждения. В целом это обобщение в основном верно для общего уровня производительности в задачах на бдительность, но влияние на снижение бдительности отсутствует или наблюдается с меньшей достоверностью при различных видах манипуляций с возбуждением.

Одним из способов поднять уровень возбуждения является введение дополнительного шума. Тем не менее, снижение бдительности, как правило, не затрагивается, а в отношении общей производительности результаты противоречивы: наблюдались повышенные, неизменные и сниженные уровни производительности. Возможно, имеет значение сложный характер шума. Например, он может быть аффективно нейтральным или раздражающим; это не только возбуждает, но и отвлекает. Более устойчивыми являются эффекты лишения сна, которое «деактивирует». Как правило, это снижает бдительность, а иногда наблюдается усиление снижения бдительности. Соответствующие изменения показателей бдительности также наблюдались при приеме депрессантов, таких как бензодиазепины или алкоголь, и стимуляторов, таких как амфетамин, кофеин или никотин.

Индивидуальные различия являются заметной чертой выполнения задач на бдительность. Хотя индивидуальные различия не совпадают во всех видах задач на бдительность, они довольно постоянны в похожих задачах. Секс и общий интеллект практически не влияют. Что касается возраста, показатели бдительности увеличиваются в детстве и имеют тенденцию к снижению после шестидесяти лет. Кроме того, есть большая вероятность, что интроверты покажут лучшие результаты, чем экстраверты.

Повышение бдительности

Существующие теории и данные предлагают некоторые способы повышения бдительности. В зависимости от степени специфичности предложений несложно составить списки разной длины. Ниже приведены некоторые довольно общие предложения, которые необходимо адаптировать к конкретным требованиям задачи. Они связаны с легкостью перцептивной дискриминации, соответствующей стратегической корректировкой, уменьшением неопределенности, предотвращением последствий потери внимания и поддержанием возбуждения.

Задачи на бдительность требуют различения в неоптимальных условиях. Таким образом, рекомендуется сделать различение как можно более легким или сигналы как можно более заметными. Меры, связанные с этой общей целью, могут быть простыми (например, соответствующее освещение или более длительное время проверки каждого продукта) или более сложными, включая специальные устройства для повышения заметности целей. Одновременные сравнения легче, чем последовательные, поэтому наличие эталонного стандарта может быть полезным. С помощью технических устройств иногда можно представить эталон и исследуемый объект в быстром чередовании, так что различия будут проявляться в виде движений на дисплее или других изменений, к которым зрительная система особенно чувствительна.

Для противодействия стратегическим изменениям порога, приводящим к относительно низкой доле правильных обнаружений целей (и для того, чтобы сделать задачу менее скучной с точки зрения частоты действий), было предложено ввести ложные цели. Однако это не кажется хорошей рекомендацией. Ложные цели увеличат долю попаданий в целом, но за счет более частых ложных срабатываний. Кроме того, доля необнаруженных целей среди всех стимулов, на которые не отреагировали (исходящий дефектный материал в задаче промышленного контроля), не обязательно будет уменьшена. Лучше подходят явные знания об относительной важности попаданий и ложных срабатываний и, возможно, другие меры для получения надлежащего размещения порога для выбора между «хорошо» и «плохо».

Временная и пространственная неопределенность являются важными детерминантами плохой бдительности. Для некоторых задач пространственная неопределенность может быть уменьшена за счет определения определенного положения контролируемого объекта. Однако мало что можно сделать с временной неопределенностью: наблюдатель был бы не нужен в задаче на бдительность, если бы о появлении цели можно было сигнализировать до ее представления. Одна вещь, которую можно сделать в принципе, состоит в том, чтобы смешивать проверяемые объекты, если неисправности имеют тенденцию возникать в группах; это позволяет избежать очень длинных интервалов без целей, а также очень коротких интервалов.

Есть несколько очевидных предложений по уменьшению потери внимания или, по крайней мере, их влияния на производительность. Путем надлежащего обучения, возможно, можно добиться какой-то автоматической обработки целей при условии, что фоновые и целевые стимулы не слишком изменчивы. Необходимости в постоянном поддержании набора задач можно избежать с помощью частых коротких перерывов, ротации рабочих мест, расширения или обогащения рабочих мест. Введение разнообразия может быть таким же простым, как если бы инспектор сам доставал материал для проверки из ящика или другого места. Это также вводит самостоятельный темп, который может помочь избежать представления сигналов во время временной деактивации набора задач. Устойчивое выполнение поставленной задачи может поддерживаться за счет обратной связи, проявленного интереса со стороны руководителей и осознания оператором важности задачи. Конечно, точная обратная связь об уровне производительности невозможна в типичных задачах на бдительность; однако даже неточная или неполная обратная связь может быть полезной с точки зрения мотивации наблюдателя.

Есть некоторые меры, которые можно предпринять для поддержания достаточного уровня возбуждения. Постоянное употребление наркотиков может существовать на практике, но никогда не встречается в рекомендациях. Некоторая фоновая музыка может быть полезной, но может иметь и противоположный эффект. Социальной изоляции во время выполнения заданий на бдительность в основном следует избегать, а в течение дня с низким уровнем возбуждения, например, в поздние часы ночи, особенно важны поддерживающие меры, такие как короткие дежурства.

Назад

Оценка генетической токсичности представляет собой оценку агентов по их способности вызывать любой из трех основных типов изменений (мутаций) в генетическом материале (ДНК): генные, хромосомные и геномные. В таких организмах, как человек, гены состоят из ДНК, которая состоит из отдельных единиц, называемых нуклеотидными основаниями. Гены организованы в дискретные физические структуры, называемые хромосомами. Генотоксичность может привести к значительным и необратимым последствиям для здоровья человека. Генотоксическое повреждение является критическим этапом в индукции рака, а также может быть вовлечено в индукцию врожденных дефектов и гибель плода. Три класса мутаций, упомянутых выше, могут возникать в любом из двух типов тканей, которыми обладают такие организмы, как люди: сперматозоиды или яйцеклетки (зародышевые клетки) и оставшаяся ткань (соматические клетки).

Анализы, которые измеряют мутацию гена, - это те, которые обнаруживают замену, добавление или делецию нуклеотидов в гене. Анализы, которые измеряют хромосомную мутацию, — это те, которые обнаруживают разрывы или хромосомные перестройки, затрагивающие одну или несколько хромосом. Анализы, которые измеряют геномную мутацию, - это те, которые обнаруживают изменения в числе хромосом, состояние, называемое анеуплоидией. Оценка генетической токсичности значительно изменилась с момента разработки Германом Мюллером в 1927 году первого теста для обнаружения генотоксических (мутагенных) агентов. С тех пор было разработано более 200 тестов для измерения мутаций в ДНК; однако сегодня для оценки генетической токсичности обычно используется менее десяти тестов. В этой статье рассматриваются эти анализы, описывается, что они измеряют, и исследуется роль этих анализов в оценке токсичности.

Выявление опасностей рака до разработки Область генетической токсикологии

Генетическая токсикология стала неотъемлемой частью общего процесса оценки риска и в последнее время приобрела статус надежного средства прогнозирования канцерогенной активности. Однако до развития генетической токсикологии (до 1970 г.) другие методы использовались и до сих пор используются для выявления потенциальной опасности рака для человека. Существует шесть основных категорий методов, используемых в настоящее время для выявления рисков рака у человека: эпидемиологические исследования, долгосрочные биоанализы in vivo, среднесрочные биоанализы in vivo, краткосрочные биоанализы in vivo и in vitro, искусственный интеллект (структура-активность), и вывод на основе механизмов.

В таблице 1 приведены преимущества и недостатки этих методов.

Таблица 1. Преимущества и недостатки современных методов определения риска развития рака у человека

Обоснование и концептуальная основа генетических токсикологических анализов

Хотя точные типы и количество анализов, используемых для оценки генетической токсичности, постоянно развиваются и варьируются от страны к стране, наиболее распространенные из них включают анализы (1) генных мутаций в бактериях и/или культивируемых клетках млекопитающих и (2) хромосомных мутаций в клетках млекопитающих. культивированные клетки млекопитающих и/или костный мозг живых мышей. Некоторые анализы из этой второй категории также могут обнаруживать анеуплоидию. Хотя эти анализы не выявляют мутации в зародышевых клетках, они используются главным образом из-за дополнительных затрат и сложности проведения анализов зародышевых клеток. Тем не менее, анализ зародышевых клеток на мышах используется, когда требуется информация об эффектах зародышевых клеток.

Систематические исследования в течение 25-летнего периода (1970-1995 гг.), особенно в рамках Национальной токсикологической программы США в Северной Каролине, привели к использованию дискретного ряда анализов для выявления мутагенной активности агентов. Обоснование оценки полезности анализов основывалось на их способности обнаруживать агенты, вызывающие рак у грызунов и подозреваемые в том, что они вызывают рак у людей (т.е. канцерогены). Это связано с тем, что исследования, проведенные в течение последних нескольких десятилетий, показали, что раковые клетки содержат мутации в определенных генах и что многие канцерогены также являются мутагенами. Таким образом, раковые клетки рассматриваются как содержащие мутации соматических клеток, а канцерогенез рассматривается как тип мутагенеза соматических клеток.

Анализы генетической токсичности, наиболее часто используемые в настоящее время, были выбраны не только из-за их большой базы данных, относительно низкой стоимости и простоты выполнения, но и потому, что было показано, что они обнаруживают многие канцерогены грызунов и, предположительно, человеческие канцерогены. Следовательно, анализы генетической токсичности используются для прогнозирования потенциальной канцерогенности агентов.

Важным концептуальным и практическим достижением в области генетической токсикологии стало признание того факта, что многие канцерогены модифицируются ферментами в организме, создавая измененные формы (метаболиты), которые часто являются конечной канцерогенной и мутагенной формой исходного химического вещества. Чтобы воспроизвести этот метаболизм в чашке Петри, Генрих Маллинг показал, что включение препарата из печени грызунов содержит многие ферменты, необходимые для осуществления этого метаболического преобразования или активации. Таким образом, во многих анализах генетической токсичности, проводимых в чашках или пробирках (in vitro), используется добавление аналогичных ферментных препаратов. Простые препараты называются S9 mix, а очищенные препараты называются микросомами. Некоторые клетки бактерий и млекопитающих теперь были генетически модифицированы, чтобы содержать некоторые гены грызунов или человека, которые производят эти ферменты, что снижает потребность в добавлении смеси S9 или микросом.

Генетические токсикологические анализы и методы

Основными бактериальными системами, используемыми для скрининга генетической токсичности, являются анализ мутагенности Salmonella (Ames) и, в гораздо меньшей степени, штамм WP2 Кишечная палочка. Исследования середины 1980-х показали, что использование только двух штаммов системы сальмонелл (ТА98 и ТА100) было достаточным для обнаружения примерно 90% известных мутагенов сальмонелл. Таким образом, эти два штамма используются для большинства целей скрининга; однако для более обширного тестирования доступны различные другие штаммы.

Эти анализы выполняются различными способами, но двумя общими процедурами являются анализы с включением планшета и анализы с жидкой суспензией. В анализе включения в чашку клетки, тестируемое химическое вещество и (при желании) S9 добавляют вместе в жидкий агар и выливают на поверхность чашки Петри с агаром. Верхний агар затвердевает в течение нескольких минут, и чашки инкубируют в течение двух-трех дней, после чего мутантные клетки вырастают, образуя визуально обнаруживаемые скопления клеток, называемые колониями, которые затем подсчитывают. Агаровая среда содержит селективные агенты или состоит из таких ингредиентов, что только новые мутировавшие клетки будут расти. Анализ с инкубацией в жидкости аналогичен, за исключением того, что клетки, тестируемый агент и S9 инкубируют вместе в жидкости, не содержащей жидкого агара, а затем клетки промывают от тестируемого агента и S9 и высевают на агар.

Мутации в культивируемых клетках млекопитающих обнаруживаются преимущественно в одном из двух генов: хпрт и tk. Подобно бактериальным анализам, клеточные линии млекопитающих (разработанные из клеток грызунов или человека) подвергают воздействию тестируемого агента в пластиковых культуральных чашках или пробирках, а затем высевают в культуральные чашки, содержащие среду с селективным агентом, который позволяет расти только мутантным клеткам. . Анализы, используемые для этой цели, включают CHO/HPRT, TK6 и мышиную лимфому L5178Y/TK.^+/- пробы. Также используются другие клеточные линии, содержащие различные мутации репарации ДНК, а также содержащие некоторые человеческие гены, участвующие в метаболизме. Эти системы позволяют восстанавливать мутации внутри гена (генная мутация), а также мутации, затрагивающие участки хромосомы, фланкирующие ген (хромосомная мутация). Однако этот последний тип мутаций восстанавливается в гораздо большей степени с помощью tk генные системы, чем хпрт генные системы из-за расположения tk ген.

Подобно анализу бактериальной мутагенности в жидкостной инкубации, анализы мутагенности клеток млекопитающих обычно включают экспозицию клеток в культуральных чашках или пробирках в присутствии тестируемого агента и S9 в течение нескольких часов. Затем клетки промывают, культивируют еще несколько дней, чтобы продукты нормальных (дикого типа) генов расщепились, а продукты новых мутантных генов экспрессировались и накапливались, а затем их высевают в среду, содержащую селективный агент, который позволяет растут только мутантные клетки. Как и при бактериальном анализе, мутантные клетки вырастают в визуально обнаруживаемые колонии, которые затем подсчитывают.

Хромосомная мутация идентифицируется в первую очередь с помощью цитогенетических анализов, которые включают воздействие на грызунов и/или клетки грызунов или человека в культуральных чашках тестируемым химическим веществом, позволяя произойти одному или нескольким клеточным делениям, окрашивая хромосомы, а затем визуально исследуя хромосомы под микроскопом. для обнаружения изменений в структуре или числе хромосом. Хотя можно исследовать множество конечных точек, две из них в настоящее время признаны регулирующими органами наиболее значимыми: хромосомные аберрации и подкатегория, называемая микроядрами.

Для оценки клеток на наличие хромосомных аберраций требуется значительная подготовка и опыт, что делает эту процедуру дорогостоящей с точки зрения времени и денег. Напротив, микроядра требуют небольшого обучения, и их обнаружение может быть автоматизировано. Микроядра выглядят как маленькие точки внутри клетки, отличные от ядра, содержащего хромосомы. Микроядра возникают либо в результате поломки хромосом, либо в результате анеуплоидии. Из-за простоты подсчета микроядер по сравнению с хромосомными аберрациями, а также из-за того, что недавние исследования показали, что агенты, вызывающие хромосомные аберрации в костном мозге живых мышей, обычно индуцируют микроядра в этой ткани, микроядра в настоящее время обычно измеряются как показатель способности агент, вызывающий хромосомную мутацию.

Хотя анализы на зародышевые клетки используются гораздо реже, чем другие описанные выше анализы, они необходимы для определения того, представляет ли агент риск для зародышевых клеток, мутации в которых могут привести к последствиям для здоровья в последующих поколениях. Наиболее часто используемые анализы зародышевых клеток проводятся на мышах и включают системы, которые обнаруживают (1) наследуемые транслокации (обмены) между хромосомами (анализ наследуемых транслокаций), (2) генные или хромосомные мутации, затрагивающие определенные гены (видимые или биохимические специфические локусы). анализы) и (3) мутации, влияющие на жизнеспособность (доминантный летальный анализ). Как и в случае анализа соматических клеток, рабочее допущение в отношении анализа зародышевых клеток состоит в том, что агенты, положительные в этих анализах, считаются потенциальными мутагенами зародышевых клеток человека.

Текущее состояние и перспективы на будущее

Недавние исследования показали, что для обнаружения примерно 90% набора из 41 канцерогена для грызунов (т. е. предполагаемых канцерогенов человека и мутагенов соматических клеток) было необходимо всего три элемента информации. К ним относятся (1) знание химической структуры агента, особенно если он содержит электрофильные фрагменты (см. раздел о взаимосвязях структура-активность); (2) данные о мутагенности Salmonella; и (3) данные 90-дневного анализа хронической токсичности на грызунах (мышах и крысах). Действительно, практически все канцерогены человека, объявленные IARC, обнаруживаются как мутагены с использованием только анализа на сальмонеллу и микроядерного анализа костного мозга мыши. Использование этих анализов мутагенности для обнаружения потенциальных канцерогенов человека подтверждается тем фактом, что большинство канцерогенов человека являются канцерогенными как для крыс, так и для мышей (межвидовые канцерогены) и что большинство межвидовых канцерогенов являются мутагенными для сальмонелл и/или индуцируют микроядра. в костном мозге мыши.

Благодаря достижениям в технологии ДНК, проекту генома человека и лучшему пониманию роли мутаций в развитии рака разрабатываются новые анализы генотоксичности, которые, вероятно, будут включены в стандартные процедуры скрининга. Среди них использование трансгенных клеток и грызунов. Трансгенные системы — это системы, в которых ген другого вида был введен в клетку или организм. Например, в настоящее время в экспериментальных целях используются трансгенные мыши, которые позволяют обнаруживать мутацию в любом органе или ткани животного на основе введения бактериального гена в мышь. В настоящее время доступны бактериальные клетки, такие как Salmonella, и клетки млекопитающих (включая линии клеток человека), которые содержат гены, участвующие в метаболизме канцерогенных/мутагенных агентов, такие как гены P450. Молекулярный анализ фактических мутаций, индуцированных в трансгене у трансгенных грызунов или в нативных генах, таких как хпрт, или гены-мишени в пределах сальмонеллы теперь могут быть выполнены, чтобы можно было определить точную природу мутаций, вызванных химическими веществами, что дает представление о механизме действия химического вещества и позволяет сравнивать с мутациями у людей, предположительно подвергшихся воздействию агента. .

Молекулярные достижения в цитогенетике теперь позволяют более детально оценивать хромосомные мутации. К ним относится использование зондов (небольших фрагментов ДНК), которые прикрепляются (гибридизуются) к определенным генам. Затем перестройки генов на хромосоме можно выявить по измененному расположению зондов, которые флуоресцируют и легко визуализируются в виде цветных секторов на хромосомах. Гель-электрофорез отдельных клеток для выявления разрывов ДНК (обычно называемый «кометным» анализом) позволяет обнаруживать разрывы ДНК в отдельных клетках и может стать чрезвычайно полезным инструментом в сочетании с цитогенетическими методами для обнаружения хромосомных повреждений.

После многих лет использования и создания большой и систематически разрабатываемой базы данных оценка генетической токсичности теперь может быть выполнена с помощью всего нескольких анализов при относительно небольших затратах за короткий период времени (несколько недель). Полученные данные можно использовать для прогнозирования способности агента быть грызуном и, предположительно, канцерогеном/мутагеном соматических клеток человека. Такая способность позволяет ограничивать поступление в окружающую среду мутагенных и канцерогенных агентов и разрабатывать альтернативные, немутагенные агенты. Будущие исследования должны привести к еще более совершенным методам с большей предсказуемостью, чем текущие анализы.

Назад