Характеристика параметров тремора у женщин с различной физической подготовкой в условиях Севера России

Полный текст

Население, регулярно занимающееся физическими упражнениями в условиях проживания на Севере Российской Федерации, подвергается комплексному воздействию неблагоприятных климатогеографических факторов [4, 7, 8, 12]. Общеизвестно, что физическая нагрузка вызывает значительные перестройки всех функций организма, которые накладываются на особые условия проживания на северных территориях [3, 10], и возникает проблема оценки реального влияния физической нагрузки на организм человека [11]. Общеизвестно, что при выборе средств и методов повышения общей и специальной работоспособности в различных видах спорта и массовых формах физической культуры необходим учет особенностей организма женщин как с физиологической, так и биофизической (биомеханической) точки зрения. При этом особая роль отводиться параметрам основных функциональных систем организма (ФСО) человека: кардиореспираторной системы и нервно-мышечной системы (НМС) [13-16]. Состояние ФСО человека в условиях выполнения специфических двигательных задач представляет особый интерес в рамках теории хаоса и самоорганизации (ТХС). Это обусловлено особым эффектом Еськова - Зинченко, когда все статистические характеристики тремора хаотически изменяются [1, 6, 14, 17, 18]. Новый подход в рамках ТХС позволяет прогнозировать возможные изменения регуляторных 38 Экология человека 2017.03 Экологическая физиология систем НМС как наиболее важной ФСО в аспекте жизнеобеспечения. В наших исследованиях выполнялся анализ параметров НМС человека, который характеризует изменения именно у женщин при выполнении регулярных физических нагрузок, что представляет несомненный научный интерес с позиции экологии человека на Севере России [9]. Такая информация может обеспечить прогноз динамики возрастных изменений организма человека уже во взрослом состоянии, оценить качество его жизни на Севере. Более того, при целенаправленном управлении физической активностью (в виде спортивной деятельности) физическая подготовка жителей Севера может обеспечить пролонгацию их жизни. Объективная оценка состояний ФСО при систематических физических нагрузках требует новых методов обработки данных и расширения диагностических признаков [20]. В наше исследование мы включили параметры тремора, что до настоящего времени никем не использовалось. Целью данного исследования является оценка степени влияния регулярных физических нагрузок на организм женщин с различной физической подготовленностью, проживающих в условиях Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, с позиции теории хаоса и самоорганизации. Методы Объектом настоящего исследования явились женщины, проживающие на территории округа не менее пяти лет. Возраст обследуемых от 30 до 32 лет. В зависимости от степени физической активности были сформированы две группы по 15 человек. В первую группу отнесли женщин, занимающихся физическими упражнениями нерегулярно, менее трех раз в неделю (без физической подготовки). Во вторую вошли женщины, профессионально занимающиеся спортом, имеющие спортивную квалификацию не ниже первого взрослого разряда и продолжающие заниматься систематически физическими упражнениями (тренированные). У испытуемых регистрировались параметры тремора с помощью биофизического измерительного комплекса, разработанного в лаборатории биокибернетики и биофизики сложных систем при Сургутском государственном университете. Установка включает металлическую пластинку (крепится жестко к пальцу испытуемого), токовихревой датчик, усилитель, аналогово-цифровой преобразователь и компьютер с оригинальным программным обеспечением. В качестве фазовой координаты, помимо координаты х1 = х(^ перемещения конечности, использовалась координата скорости перемещения пальца х2 = v(t) = dxj/dt. Перед испытуемыми стояла задача удержать палец в пределах заданной области, осознанно контролируя его неподвижность. Испытуемый проходил 15 серий эксперимента (N = 15), в каждой из которых регистрация тремора проводилась 15 раз (n = 15), для проверки явления Еськова - Зинченко [2, 5, 15, 19]. Обработка данных и регистрация тремора конечности испытуемых проводилась на ЭВМ с использованием программы «Сharts3». С помощью этой программы осуществлялся анализ данных по временным и спектральным характеристикам кинематограмм испытуемых в низко-, средне- и высокочастотном диапазонах. Благодаря запатентованному программному продукту удалось построить фазовые плоскости и рассчитать площади квазиаттрактора (КА). Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи программного пакета «Statistka 10» [18]. Все обследования женщин соответствовали этическим нормам Хельсинкской декларации. Результаты Нами были построены фазовые плоскости для всех 15 выборок из 15 серий экспериментов каждого испытуемого. Было установлено, что на всех этапах эксперимента треморограммы не имеют повторов даже на коротких временных интервалах. Для КА были рассчитаны площади (S), которые находились как произведение двух вариационных размахов фазовых координат Дх1 и Дх2, т. е. S = Дх1 х Дх2. При этом вектор x(t) = (хр x2)T совершал хаотические движения в пределах этих КА (их S). Таким образом, в каждой группе испытуемых было получено 15 сводных таблиц с 225 значениями S. Анализ всех полученных значений S представляет схожую картину в виде данных испытуемых А и Б (как типовых). Уже в первом приближении площади КА демонстрировали отличия тренированных лиц от лиц без физической подготовки. В рамках ТХС для всех испытуемых, аналогично примеру испытуемых А и Б, была рассчитана медиана (Ме) и процентили (%) для всех N = 15, n = 15. В табл. 1 представлены площади КА испытуемого А для всех выборок треморограмм, а также Ме и % в каждой серии эксперимента. В качестве примера приводим значение площадей выборок треморограмм испытуемого А, которые находятся в диапазоне от 0,14*10-6 до 5,60*10-6 у. е., и они представляют испытуемого с низкой физической подготовкой. При расчете Ме значение диапазона сужается от 0,52* 10-6 (0,20; 1,64) до 1,42* 10-6 (0,18; 3,93) у. е. В табл. 2 представлены площади выборок треморограмм испытуемого Б, а также Ме и % в каждой серии эксперимента. Этот испытуемый имеет высокую физическую подготовку. Значение площадей выборок треморограмм испытуемого Б находится в диапазоне 0,02* 10-6 до 0,96* 10-6 у. е. При расчете Ме значение диапазона сужается от 0,08* 10-6 (0,04; 0,96) до 0,27* 10-6 (0,06; 0,70) у. е. Расчеты среднего значения (Me ± с) испытуемого без физической подготовки МеА = 0,82 ± 0,24, а тренированного испытуемого МеБ = 0,15 ± 0,06. Таким образом, площади КА выборок треморограмм изменяются разнонаправленно в зависимости от степени физической подготовленности. В целом такая динамика наблюдается у всех испытуемых, но она индивидуальна, и ее расчет в рамках стохастики 39 Экологическая физиология Экология человека 2017.03 Плошади (S x 10-6) квазиаттракторов выборок треморограмм испытуемого А (N = 15, n = 15) Таблица 1 № С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7 С8 С9 С10 С11 С12 С13 С14 С15 1 0,52 0,48 0,23 0,45 0,75 0,29 0,24 0,64 0,27 2,77 1,80 3,60 1,11 0,82 0,70 2 1,28 2,88 0,65 2,98 0,23 1,17 0,54 0,87 5,60 0,58 1,22 0,92 1,27 0,18 0,24 3 1,42 0,69 0,50 0,54 4,09 2,14 1,37 0,82 0,77 0,98 0,14 1,79 1,02 0,44 0,20 4 2,64 0,93 0,89 4,61 0,23 0,72 1,12 0,18 0,25 0,89 0,21 0,51 0,80 0,60 0,23 5 3,93 1,21 0,36 0,77 0,94 1,36 0,98 0,44 0,88 1,11 0,25 0,24 1,20 0,67 0,75 6 1,14 1,02 0,28 0,64 0,39 0,24 0,19 0,77 0,74 0,83 2,05 1,22 3,47 0,46 1,64 7 3,07 0,31 2,25 1,73 0,72 3,74 0,21 0,37 1,26 0,67 0,96 0,65 0,27 0,27 0,54 8 0,35 2,54 1,61 0,49 0,46 0,52 1,61 0,60 1,26 0,40 1,23 0,78 0,36 1,26 1,02 9 2,86 2,10 0,82 2,75 0,36 0,98 0,96 1,14 2,12 0,53 0,80 0,60 0,58 2,12 0,31 10 3,78 1,17 3,54 0,32 0,74 0,99 0,40 0,67 0,55 2,90 0,50 1,00 0,65 0,80 0,48 11 1,76 1,24 0,31 0,42 1,22 0,27 1,67 1,09 0,63 0,45 2,81 1,79 0,23 1,64 0,35 12 1,38 3,83 0,59 0,57 1,24 0,70 0,71 1,30 0,47 0,55 1,26 0,30 1,18 0,36 0,71 13 2,29 0,98 1,37 1,84 0,84 2,53 1,73 0,46 0,66 1,15 0,85 0,55 0,36 0,72 0,73 14 0,18 2,77 0,25 4,61 0,20 0,21 1,07 0,92 0,73 2,34 0,63 0,33 0,73 0,27 0,37 15 0,19 0,58 1,02 0,49 3,93 0,94 0,55 0,30 0,53 1,78 0,89 0,62 0,71 0,68 0,52 Me 1,42 1,17 0,65 0,64 0,74 0,94 0,96 0,67 0,73 0,89 0,89 0,65 0,73 0,67 0,52 5% 0,18 0,31 0,23 0,32 0,20 0,21 0,19 0,18 0,25 0,40 0,14 0,24 0,23 0,18 0,20 95% 3,93 3,83 3,54 4,61 4,09 3,74 1,73 1,30 5,60 2,90 2,81 3,60 3,47 2,12 1,64 весьма затруднителен. Более того, вся ТХС разрабатывается сейчас для индивидуальной медицины и физиологии (спорта). Обсуждение результатов По всем полученным результатам можно сделать вывод, что среднее значение площадей КА испытуемых (у нас пример А) без физической подготовки в среднем в 5,5 раза больше, чем у тренированного испытуемого. При этом значение площадей в целом характеризует особенности параметров НМС женщин, проживающих в условиях Севера России. В рамках этих результатов предлагаются подобные тесты по параметрам треморограмм, которые можно использовать в практической деятельности тренера и медицинского работника. Последний, по параметрам Ме, может изменять эффективность выполняемых физических нагрузок на протяжении всей жизни. Очевидно, что вариант Б гарантирует человеку хорошую продолжительность жизни на Севере. Вариант А, наоборот, характеризует низкое качество регуляции нервно-мышечной системы, и это требует усиления функций подготовки человека с применением различных внешних нагрузок для регуляции НМС. Оказалось, что большинство испытуемых демонстрируют вариант А, что определяется, вероятно, высокой гипокинезией человека на Севере. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-41-00034р_урал_а «Разработка новых информационных моделей и вычислительных алгоритмов для идентификации параметров порядка в описании и прогнозах сложных медико-биологических систем». Площади (S x 10-6) квазиаттракторов выборок треморограмм испытуемого Б (N = 15, n = 15) Таблица 2 № С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7 С8 С9 С10 С11 С12 С13 С14 С15 1 0,23 0,08 0,07 0,96 0,26 0,23 0,12 0,11 0,15 0,04 0,15 0,07 0,11 0,15 0,07 2 0,09 0,19 0,13 0,10 0,08 0,74 0,06 0,09 0,03 0,08 0,75 0,16 0,14 0,04 0,07 3 0,17 0,22 0,39 0,08 0,04 0,13 0,08 0,10 0,02 0,75 0,04 0,07 0,25 0,08 0,13 4 0,29 0,34 0,07 0,20 0,09 0,16 0,13 0,07 0,03 0,05 0,10 0,13 0,23 0,08 0,15 5 0,26 0,70 0,27 0,94 0,17 0,39 0,26 0,38 0,35 0,27 0,63 0,11 0,60 0,30 0,37 6 0,15 0,20 0,10 0,16 0,14 0,09 0,09 0,06 0,08 0,15 0,10 0,23 0,05 0,06 0,07 7 0,58 0,13 0,11 0,30 0,21 0,09 0,07 0,05 0,05 0,10 0,30 0,14 0,07 0,06 0,04 8 0,27 0,30 0,12 0,24 0,10 0,29 0,11 0,36 0,30 0,05 0,30 0,18 0,20 0,96 0,14 9 0,27 0,30 0,12 0,24 0,10 0,29 0,11 0,36 0,30 0,05 0,30 0,18 0,20 0,96 0,14 10 0,30 0,45 0,36 0,37 0,43 0,46 0,39 0,34 0,24 0,34 0,51 0,24 0,07 0,35 0,22 11 0,19 0,06 0,19 0,10 0,17 0,14 0,27 0,06 0,14 0,32 0,11 0,24 0,06 0,17 0,16 12 0,18 0,27 0,08 0,10 0,16 0,23 0,05 0,05 0,12 0,05 0,09 0,09 0,05 0,05 0,09 13 0,15 0,09 0,15 0,15 0,07 0,23 0,06 0,09 0,06 0,10 0,15 0,06 0,05 0,04 0,11 14 0,55 0,33 0,15 0,13 0,16 0,11 0,26 0,32 0,11 0,10 0,10 0,13 0,08 0,06 0,12 15 0,36 0,38 0,22 0,28 0,27 0,28 0,45 0,16 0,37 0,21 0,27 0,23 0,40 0,42 0,23 Me 0,26 0,27 0,13 0,20 0,16 0,23 0,11 0,10 0,12 0,10 0,15 0,14 0,11 0,08 0,13 5% 0,09 0,06 0,07 0,08 0,04 0,09 0,05 0,05 0,02 0,04 0,04 0,06 0,05 0,04 0,04 95% 0,58 0,70 0,39 0,96 0,43 0,74 0,45 0,38 0,37 0,75 0,04 0,24 0,60 0,96 0,37

Об авторах

Валерий Матвеевич Еськов

Сургутский государственный университет

Email: yuliya-bashkatova@yandex.ru
доктор физико-математических наук, доктор биологических наук, профессор, зав. научно-исследовательской лабораторией биокибернетики и биофизики сложных систем Института естественных и технических наук

А Б Гудков

Северный государственный медицинский университет; Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

А Е Баженова

Сургутский государственный университет

Г С Козупица

Сургутский государственный университет

Список литературы

Дополнительные файлы