Введение к работе
Актуальность работы. Физическая нагрузка организма человека ускорением (син. - импульсная гипергравитационная физическая нагрузка, ИГФН) относится к эффективному методу спортивной тренировки, благодаря воздействию на нейромышечную систему одновременно нескольких тренирующих факторов. Таковыми являются: трехмерность воздействующего на тело ускорения регулируемой величины, интенсивная стимуляция проприорецепторов и высокая частота рефлекторно вызванных мышечных сокращений – 30-50 в секунду (van der Meer et al., 2007; Пятин с соавт., 2009). Исследованиями показано, что в условиях воздействия ИГФН на мышцы человека в течение несколько десятков секунд активируются различные физиологические системы организма. Так, для системы кровообращения характерным является 4-5 кратное увеличение скорости кровотока в тренируемых мышцах за счет интенсивной активации так называемого мышечного насоса (Назаров, 1986; Kerschan-Schindl et al., 2001; Lohman et al., 2007; Lythgo et al., 2009). Мышечная система реагирует быстрым повышением показателей изометрической и взрывной сил (Cochrane et al., 2005; Rehn, Lidstrom, 2007), опорно-двигательный аппарат - увеличением объема движения в суставах (Tillaar, 2006; Moezy et al., 2008), а стимуляция механизмов регуляции нейро-мышечной системы ведет к совершенствованию координации движений и равновесия (Schuhfried et al., 2005; Rees, 2008).
Благодаря многократному усилению локального кровотока в мышцах, при физической нагрузке ускорением не происходит накопления молочной кислоты (Rittweger J., et al., 2000), что благоприятно сказывается на их работоспособности. Непосредственно после кратковременного воздействия ИГФН на нейромышечную систему человека в плазме крови возрастают концентрации анаболических гормонов (гормон роста, инсулиноподобный фактор роста-1, тестостерон) а также повышаются уровни норадреналина и серотонина (Bosco et al., 2000; Goto, Takanatsu, 2005; et al., 2008). Это свидетельствует об активации механизмов регуляции гормональной и медиаторных систем мозга человека в результате интенсивной стимуляции проприорецепторов скелетных мышц. Наряду с этим исследователи выявили посттренировочное уменьшение в плазме крови концентрации кортизола, что указывает на отсутствие фактора стресса в новом типе физического тренинга (Erskine J., et al., 2007). Для активации физиологических систем организма в этих условиях характерно снижение тонуса как симпатической, так и парасимпатической нервной системы, что отражается на вегетативной регуляции функций кровообращения, дыхания, процессов метаболизма (Пятин с соавт., 2008, 2009).
Таким образом, применение ИГФН в процессе физической тренировки вызывает многопараметрический ответ физиологических систем организма человека. Это требует нового подхода к анализу исследуемых параметров физиологических систем в этих условиях. Ключевой физиологической системой в адаптации к физической нагрузке является сердечно-сосудистая система. Однако, ее реакции при воздействии фактора ускорения на организм человека в настоящее время изучены недостаточно. В литературе отсутствуют данные о влиянии полифакторного тренинга ускорением на показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР) и вегетативного баланса. Особый интерес подобные исследования представляют в рамках компарментно-кластерного подхода (ККП), позволяющего решить проблему идентификации параметров квазиаттрактора вектора состояния организма человека (ВСОЧ), определить параметры хаоса и синергизма в биологической динамической системе (БДС) и на основе этого спрогнозировать поведение отдельных функциональных систем организма (ФСО) и всего организма в целом. В связи с этим представляется актуальным изучение хаотической динамики ВСОЧ в условиях ИГФН и моделирование происходящих при этом процессов в многомерном фазовом пространстве состояний (ФПС) с использованием методов теории хаоса и синергетики (ТХС), которые все шире используются в математической биологии и биофизике сложных систем (Еськов, Филатова, 2002-2012).
Цель диссертационной работы: установление закономерностей поведения параметров квазиаттракторов вектора состояния организма человека в многомерном фазовом пространстве состояний в условиях импульсной гипергравитационной физической нагрузки.
Задачи исследования:
-
Исследовать параметры хаоса и синергизма в процессах регуляции кардиоваскулярной системы в условиях воздействия однократной импульсной гипергравитационной физической нагрузки и обычного статического приседа у молодых людей с нормальным и учащённым сердечным ритмом.
-
Изучить параметры квазиаттрактора вектора состояния организма человека с учетом изменения региональной гемодинамики после проприоцептивной стимуляции различной интенсивности у молодых людей с нормальным сердечным ритмом и тахикардией.
-
Установить закономерность поведения квазиаттракторов вектора состояния организма человека с учетом изменения параметров артериального давления у молодых людей с нормальным сердечным ритмом и тахикардией после проприоцептивной стимуляции различной интенсивности.
-
Установить информативность методов теории хаоса и самоорганизации при исследовании влияния импульсной гипергравитационной физической нагрузки на организм человека.
Научная новизна
-
В работе впервые установлено, что при однократном воздействии ИГФН на организм человека динамика хаотичности протекания процессов регуляции сердечно-сосудистой системы, проявляющаяся в изменении расстояния между центрами квазиаттрактора ВСОЧ, а также объема m-мерного параллелепипеда, ограничивающего квазиаттрактор ВСОЧ, обусловлена факторами пола и исходным уровнем частоты сердечного ритма.
-
В работе выявлены особенности изменения движения параметров квазиаттракторов ВСОЧ на основе изменения параметров региональной гемодинамики и артериального давления у молодых людей с нормальным сердечным ритмом и тахикардией. Характерно, что низкоамплитудная ИГФН у нетренированных обследуемых с нормальным сердечным ритмом вызывает разнонаправленное изменение параметров квазиаттракторов в сравнении с высокоамплитудной ИГФН. Обычная статическая физическая нагрузка у обследуемых с нормальным сердечным ритмом приводит к значительному увеличению расстояния между центрами квазиаттрактора ВСОЧ и увеличению параметров асимметрии. У обследуемых с тахикардией в основном наблюдается увеличение размеров квазиаттракторов после каждого из внешних управляющих воздействий (ВУВ).
-
Выявлено, что прирост систолического давления после физической нагрузки с импульсным ускорением вдвое меньше, чем после статической физической нагрузки, а также после ИГФН происходит снижение диастолического давления.
-
В работе установлено, что восстановление параметров вариабельности ритма сердца до первоначального уровня после высокоинтенсивной стимуляции проприорецепторов при ИГФН происходит по всем исследуемым параметрам раньше, чем таковой процесс после низкоинтенсивной стимуляции при статической физической нагрузке.
-
Выявлена информативность методов теории хаоса и синергетики при исследовании влияния ИГФН на организм человека и установлено, что в многопараметрических исследованиях влияния ИГФН на функции кардиоваскулярной системы (КВС) человека большую прогностическую значимость имеют результаты обработки данных с помощью метода многомерных фазовых пространств.
Теоретическая и практическая значимость работы
Проведенное исследование дополняет сложившиеся представления о функционировании биосистем в условиях внешних возмущающих воздействий с позиции теории хаоса и самоорганизации, а также компартментно-кластерной теории биосистем. Полученные данные раскрывают сравнительные особенности регуляции функций сердечно-сосудистой системы организма при традиционной физической нагрузке и при импульсной гипергравитации. Полученные сведения о регуляторных реакциях КВС в условиях воздействия импульсного ускорения являются новым аспектом в развитии физиологии спорта и биофизики сложных систем.
Моделирование динамики движения квазиаттракторов ВСОЧ методами теоретической физики позволило идентифицировать параметры хаоса протекающих процессов в функциональном состоянии организма людей молодого возраста, что обеспечивает возможности управления ВСОЧ.
Установлено, что ИГФН относится к слабому по силе стрессорному фактору для функции сердечно-сосудистой системы людей молодого возраста, и может широко применяться как в спорте (эффективный метод тренировки), так и в реабилитационных центрах для восстановления нейромышечного аппарата без угрозы для функции сердца и сосудов (щадящая замена традиционной лечебной физической культуре).
Полученные данные представляют интерес для специалистов в области физиологии спорта, космической физиологии, реабилитологии, тренеров и спортсменов. Кроме того, технология тренинга с ИГФН может быть рекомендована к применению в спорте высоких достижений для подготовки спортсменов к соревнованиям и олимпийским играм.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Однократное воздействие ИГФН на организм человека обусловливает особую динамику хаоса протекания процессов регуляции сердечно-сосудистой системы и ее функционального состояния по изменению объема m-мерного параллелепипеда, ограничивающего квазиаттрактор ВСОЧ, а также расстояния между центрами квазиаттрактора ВСОЧ в зависимости от факторов пола и исходного уровня частоты сердечного ритма обследуемых.
2. Изменения параметров хаоса в БДС у молодых обследуемых, как интегральных показателей оценки функционирования сердечно-сосудистой системы под влиянием ИГФН, зависят от исходного уровня регулирующих воздействий на сердце и сосуды со стороны вегетативной нервной системы.
3. Научная информативность, практическая и прогностическая значимость методов теории хаоса и синергетики при исследовании влияния ИГФН на организм человека в условиях многопараметрического ответа сердечно-сосудистой системы обусловлена применением методов системного анализа и синтеза.
Личный вклад автора в проведенные исследования
Личное участие автора осуществлялось на всех этапах работы, включая сбор и анализ научной литературы, проведение исследований, статистическую и синергетическую обработку данных, содержательную интерпретацию результатов и их публикацию. Вклад автора в публикации составляет около 60%.
Внедрение полученных результатов
Материалы диссертационной работы используются в научной работе и в учебном процессе на кафедре нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России, на кафедре биофизики и нейрокибернетики ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры», в практической работе врачей ж/д больницы на станции г. Сургут..
Апробация работы
Материалы работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Самарская физиологическая школа», посвященной 110-летию со дня рождения профессора М.В. Сергиевского (Самара, 2008); на VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения академика И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 2009); на региональной конференции «Молодые ученые – медицине», посвященной 90-летию Самарского государственного медицинского университета (Самара, 2009); XXI съезде Физиологического общества им. И.П.Павлова (Калуга, 2010); на 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2010); на региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы медицинской реабилитации, восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии» (Самара, 2010).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных перечнем ВАК Министерства образования и науки РФ. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, иллюстрирована 55 рисунками. Работа состоит из введения, обзора литературы, глав с описанием материалов и методов исследования, результатов собственных исследований и обсуждением полученных данных; выводов, списка литературы, состоящего из 189 источников, в том числе 49 отечественных, 140 иностранных источников.
