WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

  матрицы межаттракторных расстояний в оценке эффективности влияния дозированных физических нагрузок на организм человека  

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Козлова Виктория Викторовна

 

Матрицы межаттракторных расстояний в оценке эффективности влияния дозированных физических нагрузок на организм человека

 

Специальность 03.01.02 – Биофизика (биологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук

Сургут - 2012

Работа выполнена на кафедре биофизики и нейрокибернетики при

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет – Ханты - Мансийского автономного округа – Югры»

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Филатова Ольга Евгеньевна доктор биологических наук, доцент Филатов михаил александрович
Официальные оппоненты: член-корр. РАН, доктор биологических наук, профессор Фудин Николай Андреевич доктор медицинских наук, профессор КОВАЛЕВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ доктор биологических наук, профессор ЧЕМЕРИС НИКОЛАЙ КОНСТАНТИНОВИЧ
Ведущая организация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (г. Москва)

Защита состоится “31” мая 2012 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.02 в ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты - Мансийского автономного округа – Югры» по адресу: 628400, г. Сургут, пр. Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «Сургутского государственного университета Ханты - Мансийского автономного округа – Югры» по адресу: 628400, г. Сургут, пр. Ленина, 1.

Автореферат разослан “______” апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент  Е.В. Майстренко общая характеристика работы Актуальность работы.-0 Е.В. Майстренко

общая характеристика работы

Актуальность работы. Гипокинезия – один из базовых факторов, влияющих на продолжительность и качество жизни любого человека, проживающего в особых экологических условиях ХМАО-Югры. Малоподвижный образ жизни, проживание основной части населения в условиях закрытых помещений и ограниченной подвижности порождает целый ряд проблем в организации и поддержании основных функций организма взрослого человека и особенно детского организма. Детско-юношеский период требует повышенной подвижности и физической нагрузки, которая весьма снижена в условиях Югры.

Возникающие негативные изменения в организме подростка или молодого человека проще всего зарегистрировать на уровне изменений в состоянии функциональных систем организма (ФСО) и в первую очередь это касается нервно-мышечной системы (НМС) и кардио-респираторной систем (КРС). Характер изменений ФСО в норме и при выполнении дозированных физических нагрузок представляет несомненный интерес для биофизики сложных систем, физиологии, и для специалистов в области экологии человека, а также для родителей, которые заинтересованы в нормальном развитии организма своего ребенка. Такая информация может обеспечить прогноз развития жизни человека уже во взрослом состоянии, оценить качество жизни человека в условиях Севера. Именно эта проблема и составляет основу настоящих исследований с позиций биофизики сложных систем.

Отметим, что движение обеспечивает различные виды перемещений как частей тела, так и всего тела человека в пространстве, в том числе и широко распространенные колебательные движения. Механические колебания тканей являются одной из важных характеристик двигательных функций физиологических систем организма человека. Поэтому исследование механических колебаний в организме человека и в, частности, тремора как непроизвольного микродвижения в опорно-двигательной системе является важным разделом биофизики сложных систем, которой на протяжении нескольких десятилетий уделяется особое внимание биофизиков, физиологов и врачей. Однако, в теоретической плане это явление изучено недостаточно, особенно в аспекте математического моделирования.

В целом, нарушения деятельности НМС приводит не только к снижению уровня качества жизни, но и провоцирует развитие ряда тяжелых патологий. Все это настоятельно требует организации специальных биофизических методов мониторинга состояния двигательных функций человека и нервно-мышечной системы в целом. Именно в связи с важностью решения этой проблемы нами производится разработка как новых методов исследования, так и методов обработки получаемой информации с помощью различных математических моделей на базе метода многомерных фазовых пространств.



Известны модели, описывающие тремор как сумму автоколебаний, связанных с наличием обратных связей в НМС и существованием времени запаздывания в ней сигнала, и вынужденных колебаний, обусловленных сокращением мышечных волокон (А.М. Багодеева, 1989). В модели В.В. Кузнецова (1986) тремор рассматривался как результат автоколебаний конечности, возбуждение которых связано с нелинейными механо-химическими взаимодействиями в мышцах. Тремор как автоколебания, возникающие вследствие нестабильности рефлекторных реакций, также описывается нелинейными динамическими уравнениями в моделях А.Г. Фельдмана (1979). Автоколебательная природа сокращения мышц в некоторых случаях почти не вызывает сомнения, например в моделях движения летательных мышц В.И. Дещеревского (1975). В исследованиях В.А. Антонца и коллег (1996-2009 гг.) предлагаются модели непроизвольных микроколебаний конечности, связанных со случайным включением двигательных единиц, способных развить чуть большую или чуть меньшую силу, а также зависимостью уровня тремора от уровня нагрузки, которая совпадает с одним из основных законов психофизиологии – законом Вебера-Фехнера.

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 (Зилов В.Г., Фудин Н.А. (1992-2006), Еськов В.М., Хадарцев А.А. (1996-2011)). Попытка формализовать эту проблему, подойти к ее решению с позиций точных количественных методов биофизики представляется весьма актуальной. Как отмечают Tuller B. и Kelso J.A.S. (1989), нервная система имеет специфическую динамику, и как многие другие сложные диссипативные динамические системы, встречающиеся в природе, эффективно уменьшает количество степеней свободы и ведет себя подобно системе связанных нелинейных осцилляторов. С другой стороны, двигательные реакции человека в определенном ритме, с постоянными интервалами времени (выработанными в результате воздействия следовавших друг за другом условных раздражителей) лежат в основе ритмических движений человека и являются основным элементом, связывающим их в последовательную цепь. Формирующаяся при этом сложная система нервных процессов названа ритмическим стереотипом (А.М. Алексеев, Н.В. Крылов и др.1965), а динамический анализ подобных движений в спокойном состоянии и при кратковременных помехах, указывает на присутствие целевого объекта (аттрактора) (Kay B.A., Saltzman E.L., Kelso J.A.S. (1988-2001)). Модель моторного временного управления А. Винга и А. Кристоферсона (1973) указывает на то, что общая вариативность интервалов между отдельными двигательными актами складывается из вариативности двух различных процессов: один регулируется часовым механизмом, другой – исполнительной частью движения. Ivry R.I., Keele S.W. (1988) предполагают, что оба процесса протекают в виде независимых случайных функций и часовой механизм не зависит от периферической обратной связи, а локализуется в центральной нервной системе (в нашей интерпретации на уровне выше лежащих кластеров).

Для описания, моделирования и прогнозирования подобных сложноорганизованных биосистем необходимо, чтобы объекты, явления, процессы были повторяемы или воспроизводимы или хотя бы они имели неравномерное распределение в пределах некоторых областей фазового пространства (в этом случае мы будем изучать и находить функции распределения для компонент вектора состояния системы – ВСС). Однако, в природе существует огромное число объектов, которые не имеют уже установленных законов развития и функционирования в рамках неравномерного распределения. В этом случае эти объекты и их ВСС имеют некоторые ограниченные области в фазовом пространстве состояний – ФПС (т.е. имеются числовые ограничения на динамику движения ВСС в ФПС). При этом, движения ВСС в ФПС (изменения параметров системы в пределах этих областей) имеют хаотический характер. За 30 лет исследований в этой области В.М. Еськовым и его научной школой получено огромное число информационных кластеров, которые демонстрируют определенные закономерности в динамике поведения ВСС в ФПС с позиций компартментно-кластерного подхода (частичный список этих публикаций на сайте СурГУ http://www.lib.surgu.ru/upload/662-evm.pdf ), что может быть успешно применено и к описанию тремора и к описанию микрохаотического поведения различных ФСО человека, находящегося в покое, при дозированных нагрузках или даже при патологии (НМС и КРС). В рамках этого нового подхода, решается проблема двигательных функций человека, находящегося в различных физиологических условиях.

Отметим, что более сложная динамика имеется у биообъектов, для которых компоненты вектора состояния системы постоянно не только изменяются, но из-за эволюции и телеологических свойств реальных биологических динамических систем (БДС) сами их внутренние системы контроля и подстройки, обеспечивающие гомеостаз, также постоянно изменяются. Тогда в рамках нового подхода возникают возможности иной трактовки самого гомеостаза, изучение его особенностей в условиях действия внешних возмущающих воздействий (в качестве которых выступают динамические или статические нагрузки). Такие системы постоянно варьируют в пределах некоторых объемов ФПС (квазиаттракторов) и при этом сами эти объемы ФПС (квазиаттракторы) непрерывно смещаются в этом фазовом пространстве. Последнее полностью исключает повторение или воспроизводимость любого математически регистрируемого состояния БДС, т.к. их параметры одновременно «мерцают» («glimmering or flickering property») и одновременно «плывут» в ФПС. Иными словами, и ВСС, и сами квазиаттракторы могут варьировать и смещаться в ФПС.





В рамках этих новых биофизических представлений о динамике БДС становится возможным выполнять расчет и построение матриц межаттракторных расстояний для разных групп обследуемых (по полу или возрасту), для разных групп спортсменов, для разных групп обследуемых с особенностями психики, с разными заболеваниями и т.д. Особенно это становится важным для изучения эволюции вектора состояния организма человека, т.к. проживание разных групп населения в разных экологических условиях накладывает ограничения на параметры «мерцания» ВСОЧ и на параметры квазиаттракторов поведения их ВСС как следствие. Все это ведет к тому, что эти методы расчета можно использовать для целей диагностики, выявления эффектов синергии или адаптационных процессов. Эти методы можно также успешно использовать в спортивной физиологии, психологии, при оценке эффективности тренерской работы, в физиологии трудовых процессов, что и определило актуальность настоящих исследований.

Цель исследования: на основе метода расчета матриц межаттракторных расстояний установить закономерности в динамике поведения вектора состояния организма человека, находящегося в различных условиях дозированных физических нагрузок (как внешних возмущающих факторов) и различных экологических условиях проживания.

Эта цель может быть достигнута решением следующих задач:

  1. Изучить взаимосвязь между возрастными изменениями параметров НМС и спектральной характеристикой тремора конечностей в условиях статических нагрузок и на этой основе выявить наиболее информативные составляющие амплитудно-частотного спектра тремора.
  2. Методом фазовых пространств выявить степень произвольности в непроизвольном движении (треморе).
  3. Выявить особенности динамики поведения показателей НМС и КРС у лиц с игровыми видами физической нагрузки и степенью тренированности в рамках системного синтеза. Установить закономерности динамики поведения показателей НМС и КРС у лиц с индивидуальными видами физической нагрузки и степенью тренированности в рамках системного синтеза.
  4. Выявить закономерности изменения параметров межаттракторных расстояний поведения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) у тренированных и нетренированных молодых жителей ХМАО-Югры и г. Самары в условиях выполнения физических нагрузок и на этой основе оценить степень влияния гипокинезии на организм молодого человека в условиях Севера РФ и средней полосы РФ.
  5. Сравнивая параметры динамики ВСОЧ в фазовом пространстве состояний в условиях влияния мышечной нагрузки на организм, идентифицировать наличие параметров порядка для оценки степени детренированности организма жителей Югры и установить наиболее важные диагностические признаки ВСС (параметры порядка) при проведении дозированных физических нагрузок на разные группы испытуемых.
  6. Методом многомерных фазовых пространств установить особенности в динамике поведения ВСОЧ мужского и женского населения Югры при выполнении физических нагрузок.

Научная новина 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.
  2. Выполнено сравнение эффективности оценки влияния произвольного управления (непрямого контроля) на параметры тремора в физиологии спорта.
  3. С использованием метода многомерных фазовых пространств у лиц с разной степенью тренированности установлен характер связей между показателями КРС и НМС при различных видах нагрузки.
  4. В условиях выполнения физических нагрузок выявлены закономерности изменения параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма тренированных и нетренированных молодых жителей ХМАО-Югры, а также произведена оценка степени влияния гипокинезии на организм в условиях Севера РФ.
  5. С позиций компарментно-кластерного подхода разработаны математические критерии для оценки влияния мышечной нагрузки на параметры ВСОЧ.
  6. Предложен метод идентификации наличия маркеров по степени детренированности (оценивается межаттракторными расстояниями в динамике поведения вектора состояния организма жителей Югры) в фазовом пространстве состояний.

Теоретическая и практическая значимость работы:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.