Гипокинезия — один из базовых факторов, влияющих на продолжительность и качество жизни любого человека, проживающего в условиях ХМАО-Югры. Малоподвижный образ жизни, проживание основной части жизни в условиях закрытых помещений и ограниченной подвижности порождает много проблем в организации и поддержании основных функций организма, как взрослого человека, так и детского организма. Особо остро эти вопросы возникают перед развивающимся организмом. Детско-юношеский период требует особой подвижности и физической нагрузки и именно этого не хватает в условиях Югры.
Очевидно, что происходящие негативные изменения в организме ребенка, подростка или молодого человека проще всего регистрировать на уровне изменений в состояниях функциональных систем организма (ФСО) и в первую очередь это касается нервно-мышечной системы (НМС) и кардио-респираторной системы (КРС). Характер этих изменений, возможность изучения корреляционных взаимоотношений этих ФСО в норме и при выполнении физических упражнений представляют несомненный интерес и для физиологов, и для специалистов в области экологии человека и даже просто для родителей, которые интересуются особенностями развития организма своего ребенка. Более того, такая информация может обеспечить прогноз развития жизни человека уже во взрослом состоянии, оценить качество жизни человека в условиях Севера. Именно эти проблемы и составляют основу настоящих исследований.
Отметим, что движения обеспечивают различные виды перемещений частей тела и всего тела человека в пространстве. К различным видам механических движений относится и широко распространенные колебательные движения. Механические колебания тканей являются одной из важных характеристик двигательных функций физиологических систем организма человека. Этот факт наиболее очевиден для КРС и НМС, нарушения деятельности в которых приводит не только к снижению уровня качества жизни, но и провоцирует развитие более тяжелой патологии.
Одним из показателей НМС является треморограмма конечностей. В разных условиях (и по данным разных авторов) частота тремора находится в пределах от 5 до 16 Гц, а амплитуда колебаний от 10 до 30 условных единиц (у.е.). Интерес к треморным колебаниям диктуется существованием большого количества гипотез о механизмах тремора, отсутствием единого, общепринятого взгляда на его происхождение и, кроме того, важными диагностическими оценками НМС. Спектральный анализ треморограмм дает возможность выполнить углубленное изучение тремора. В этой связи информационная значимость тремора весьма велика, т.к. с одной стороны он характеризует психофизиологические функции человека, а с другойсуществует много аспектов биомеханического плана. Сюда относятся и степени свободы, и вязко-упругие свойства мышечной ткани и целый ряд других показателей биомеханики опорно-двигательного аппарата.
Глубокое понимание ¿-механизмов управления движениями конечностей позволяет продвинуться и в вопросах диагностики двигательных расстройств (А.И. Скоринкин, 1991), и в проблеме совершенствования методик тренировки спортсменов и при изучении патологий нервно-мышечной системы (разделы неврологии, хирургии). Во всех этих случаях возникает необходимость в разработке адекватных методов получения и обработки информации о микроперемещенях тела человека или его частей.
Все это настоятельно требует организации специальных методов мониторинга состояния двигательных функций человека и НМС в целом. Именно в связи с важностью решения таких проблем производится разработка как новых методов исследования, так и методов обработки получаемой информации с помощью различных программных устройств.
Особый интерес представляют подобные исследования в рамках компарментно-кластерного подхода (ККП), когда можно поставить и решить проблему идентификации синергизма в работе отдельных мышц и мышечных систем. Эта проблема продолжает оставаться наиболее сложной и интересной не только в физиологии труда и спорта, но и в биофизике и физиологии в целом (В.Г. Зилов, H.A. Фудин (1992;2006), В. М. Есышв, A.A. Хадарцев (1996;2008)). Попытка формализовать эту проблему, подойти к ее решению с позиций точных количественных методов системного анализа и синтеза (САС) представляется весьма актуальной. Поэтому наиболее важной задачей в настоящих исследованиях является изучение в рамках ККП особенностей регуляции двигательных функций человека на Севере в условиях выполнения физических нагрузок и без таковых. Решение этой задачи выполняется с позиций теории хаоса и синергетики (ТХС) с использованием ККП и методов системного анализа.
В этой связи, целью настоящей работы является исследование закономерностей возрастных изменений физиологических параметров учащихся Югры в условиях выполнения физической нагрузки методами системного анализа и синтеза.
Данная цель определила постановку и решение следующих задач исследования:
1. Изучить взаимосвязь между возрастными изменениями параметров НМС и спектральной характеристикой тремора конечностей и на этой основе выявить наиболее информативные составляющие спектра тремора при разных режимах нагрузки.
2. Установить характер связей между показателями НМС и КРС у лиц с различными видами нагрузки и степенью тренированности в рамках системного синтеза в условиях Севера РФ.
3. Выявить закономерности изменения параметров аттракторов вектора состояния организма человека (ВСОЧ) у тренированных и нетренированных молодых жителей ХМАО-Югры в условиях выполнения физических нагрузок и на этой основе оценить степень влияния гипокинезии на организм молодого человека в условиях Севера РФ.
4. Сравнить изменения математических параметров динамики ВСОЧ в фазовом пространстве состояний в условиях влияния мышечной нагрузки на организм с целью идентификации наличия маркера по оценке степени детренированности организма жителей Югры.
Научная новизна работы.
1. Изучена взаимосвязь между возрастными изменениями НМС и спектральной характеристикой тремора конечностей и на этой основе впервые выявлены наиболее информативные составляющие спектра тремора при разных режимах нагрузки в условиях Севера РФ.
2. С использованием методов ККП и ТХС установлен у лиц с разной степенью тренированности характер связей между показателями КРС и НМС при различных видах нагрузки.
3. В условиях выполнения физических нагрузок выявлены закономерности изменения параметров аттракторов вектора состояния организма тренированных и нетренированных молодых жителей ХМАО-Югры, а также произведена оценка степени влияния гипокинезии на организм в условиях Севера РФ.
4. С позиций компартментно-кластерного подхода разработаны математические критерии для оценки влияния мышечной нагрузки на параметры ВСОЧ.
Научно — практическая значимость.
Разработаны и внедрены в практику алгоритмы и программные продукты для анализа биомеханических показателей человека, которые позволяют более точно производить анализ нормального или патологического изменения треморограмм человека в условиях статических и динамических нагрузок и в зависимости от возрастных и половых особенностей регуляции движений. Разработанный биоизмерительный комплекс (БК) может быть использован в практической работе физиолога и медика для автоматизированной оценки двигательных функций (при профессиональном отборе, при допуске на работу и при контроле состояния человека-операторадля оценки точности и координации целевых движений в спорте). Алгоритмы и компьютерные протраммы позволяют идентифицировать основные функции организма учащихся в различных климатических условиях, что обеспечивает количественную классификацию и идентификацию показателей функций организма. Разработанные системные методы оценки показателей состояния вегетативной (симпатической и парасимпатической) нервной системы (ВНС) позволяют внедрять их в практику работы органов управления образования для оценки степени утомления учащихся в ходе учебы, выбирать оптимальную траекторию учебных нагрузок у учащихся по различным видам учебной деятельности.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста и состоит из «Введения», в котором обосновывается актуальность исследования возрастных изменений физиологических параметров учащихся Югры в условиях выполнения физической нагрузки.
В первой главе представляется общая характеристика функциональных систем организма человека в рамках компаршенпю-класгерного подхода (рассматриваются вопросы организации непроизвольных движений человека с позиций компаргментно кластерного подхода, дается системный анализ параметров кардио-респираторной системы организма учащихся Севера РФ).
В главе «Объект и методы исследований» представляется объект исследования и уделяется внимание современным методам, рассматриваются оригинальные авторские методы, применяемые для исследования динамики параметров КРС, а также двигательных функций человека с использованием биоизмерительного комплексаглава «Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение» посвящена исследованию параметров тремора и ВСОЧ у тренированных и нетренированных испытуемых до и после нагрузки, а также исследованию возрастных изменений показателей непроизвольных движений учащихся Югры в условиях статических и динамических нагрузок. Имеются выводы и приложения. Библиографический указатель содержит 168 источников, из которых 142 на русском языке и 26 иностранных. Текст диссертации иллюстрирован 25 таблицами и 22 рисунками.
выводы.
1. Динамическая нагрузка мышц верхних конечностей вызывает сдвиг АЧХ треморограмм в окрестности 2 Гц в область более низких частот (у девочек это менее выражено, чем у мальчиков), а в области 10 Гц первоначально имеем усиление амплитуды (у девочек с 9 до 12 у.е., а у мальчиков — сдвиг до 9 Гц и возрастание до 13 у.е.). Доказано, что именно диапазон до 15 Гц при этом наиболее информативен, а диапазон около 10 Гц является маркером пубертатного периода и маркером развития степени утомления.
2. Выявлен характер связей между активацией нервно-мышечной системы (физической нагрузкой) и изменением параметров ВСОЧ (для составляющей кардио-респираторной системы), а именно: лица с низкой физической нагрузкой (с гипокинезией, нетренированные) имеют низкие значения симпатического отдела вегетативной нервной системы (СИМ) и высокие значения парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (ПАР), которые после физической нагрузки сильно возрастали (с 3,27 до 18,73 -СИМ) или уменьшались (с 14,2 до 3,4 — ПАР), что было более выражено в сравнении с тренированными лицами (с 2,29 до 6,07 — СИМ и 19,86 до 16,64 -ПАР). Такие различия могут быть использованы для оценки степени развития гипокинезии у жителей Севера.
3. Изменения параметров аттракторов ВСОЧ в 5-ти мерном фазовом пространстве состояний более разительны, чем их статистические данные в отдельности: у нетренированных юношей исходный объем Ух уже высокий.
6 7.
5, 72 ТО) и увеличивается после нагрузки только в 3 раза (1,51 -10), в то время как у тренированных исходный объем Уу низкий (9,98Т05), но увеличивается после нагрузки значительно (3,1 -107), т. е. почти в 2 раза сравнительно с нетренированными.
4. Более выраженные изменения происходят с расстояниями Z между центрами аттракторов до и после нагрузки: у нетренированных юношей (гипокинезия) Z составило 411 у.е., а у тренированных — 99,4, что может быть эффективным показателем (маркером) степени детренированности (гипокинезии) в условиях Севера РФ.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.
1. В качестве маркера пубертатного периода и маркера развития степени утомления могут быть использованы спектральные характеристики непроизвольных движений верхних конечностей (тремора) при анализе интервала до 15 Гц ив, частности около 10 Гц.
2. Метод и программный продукт для идентификации параметров состояния кардио-респираторной системы молодежи ХМАО-Югры можно использовать как эффективный показатель (маркер) степени гипокинезии, которая существенно влияет на качество жизни молодого населения ХМАО-Югры.
