Содержание к диссертации
Введение
1. Биофизические механизмы постурального тремора человека в по кое и под влиянием воздействий 11
1.1. Модели регуляция вертикального положения тела человека 11
1.2. Возможности управления постуральньгм тремором 28
2. Объект и методы исследования 44
2.1. Инструментальные методы исследования функциональных систем организма на базе ЭВМ 44
2.2. Методы математической статистики обработки полученных экспериментальных данных 54
2.3. Идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния организма человека с помощью метода многомерных фазовых пространств 54
3. Биомеханический анализ влияния внешних возмущающих воздействий на постуральный тремор и стрельбу (результаты собственных исследований и их обсуждение) 58
3.1. Сравнительный анализ механизмов вертикальной устойчивости полиатлонистов и лиц, не занимающихся стрельбой в рамках занятий полиатлоном, по данным теста Ромберга 58
3.2. Сравнительный анализ показателей устойчивости спортсме-нов-полиатлонистов и лиц, не спортсменов под влиянием статической нагрузки и фотостимуляции зрительного анализатора 64
3.3. Анализ результатов стрельбы до и после статических физических нагрузок и возмущающего воздействия в виде фотостимуляции 81
3.4. Вегетативно-трофическое обеспечение процессов, связанных с поддержанием вертикальной позы при стрельбе из винтовки до и после управляющих воздействий в виде физических нагрузок и фотостимуляции 92
3.5. Сравнительный анализ тремора спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного 102
Заключение 105
Выводы 106
Практические рекомендации 107
Литература 108
- Модели регуляция вертикального положения тела человека
- Идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния организма человека с помощью метода многомерных фазовых пространств
- Анализ результатов стрельбы до и после статических физических нагрузок и возмущающего воздействия в виде фотостимуляции
- Сравнительный анализ тремора спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного
Введение к работе
Актуальность работы
Известно, что функция равновесия осуществляется посредством непроизвольных установочных рефлексов, которые удерживают центр тяжести тела в пределах проекции площади его опоры и осуществляют компенсаторное приспособление позы и восстановление утерянного равновесия тела (Р. Магнус, 1962; B.C. Гурфинкель, 1995). Установочные рефлексы имеют двигательные, вегетативные и сенсорные компоненты (М. Lakie, 2010), они протекают непрерывно, т.к. они противодействуют постоянно действующей на тело силе земного притяжения (В.А. Дубовик, 1996).
Тем не менее, положение человека при стоянии на двух ногах неустойчиво (R.J. Peterka, P.J. Loughlin, 2004). Небольшие отклонения от вертикального положения тела немедленно вызывают связанные с гравитацией угловые ускорения, которые действуют на тело, заставляя его смещаться еще дальше от вертикального положения. Для того, чтобы не упасть, автоматически выполняется ряд корректировок, направленных против силы тяжести. Процесс инициации корректирующего углового ускорения полностью не выяснен. Серьезное противоречие касается организации сенсорных и моторных систем организма, ответственных за постуральную (позную) устойчивость в норме, в условиях патологии и в стрелковых видах спорта (W. Mathiyakom, J.L. McNitt-Gray, 2008; Д.В. Скворцов, 2010; A.D. Goodworth et al., 2010; М. Lakie, 2010; R.W. Bohannon et al., 2012), не ясен вопрос о соотношении произвольности в непроизвольном микродвижении конечности человека (В.М. Еськов и соавт., 2002).
Накопленные научные данные свидетельствуют, что управление вертикальной устойчивостью больше не рассматривается как простая суммация позно-статических рефлексов, реализуемых на разных уровнях иерархической организации нервно-мышечной системы. Контроль вертикальной устойчивости, по всей вероятности, представляет собой комплекс навыков, сформированных на основе взаимодействия динамических сенсомоторных процессов позной ориентации и позного равновесия (J.J. Van Hilten et al., 1991; M. Lakie, N. Combes, 2000; J. Ga-jewski, 2006; C.N. Christakos et al., 2009; R.J. Peterka, 2011). В процессе пространственной или постуральной ориентации человек использует активное выпрямление туловища и головы относительно силы тяжести, поверхности опоры, визуального окружения, внутренней побуждающей мотивации и интенции. Для этого сенсорная информация от соматосенсорных, вестибулярных систем и органа зрения интегрируется. Сообразно вкладу каждой из них в зависимости от целей поведения осуществляется решение конкретной двигательной задачи (НА. Берн-штейн, 1966; F.B. Horak,2006).
С недавнего времени активно формируется представление о постуральном треморе, который возникает всякий раз, когда человек пытается сохранить устойчивое положение тела против сил гравитации при спокойном стоянии, выполнении повседневных движений и спортивных упражнений (F.B. Horak, 2006; Д.В. Скворцов, 2008; М. Lakie, 2010). Показано, что точность стрельбы из любого вида оружия зависит от множества факторов, среди которых вертикальная устойчивость и амплитуда микродвижений играют решающую роль (R. Elble,
2005; В. Pellegrini, F. Schena, 2005; W.T. Tang et al., 2008; J.J. Lin et al., 2010; M. Lakie, 2012).
Между тем, биофизические, биомеханические и физиологические механизмы этих факторов до сих пор остаются недостаточно изученными применительно к такому виду спорта, как зимний полиатлон. Последний отличается тем, что спортсмены выполняют три упражнения, включающие скоростной бег на лыжах, силовую гимнастику и стрельбу из положения стоя. Сочетание выносливости со способностью стрелять и выполнять работу скоростно-силового характера делают эти виды спорта очень сложными (В.Н. Каменских и др., 2003; А.В. Пугачев, 2005; К. Mononen et al., 2007).
Недостаточно сведений о влиянии физических нагрузок статического характера на постуральный тремор стрелков, а также физиологически обоснованных методов стимуляции точности стрельбы. Поэтому вполне обосновано наше внимание к изучению особенностей контроля вертикального положения поли-атлонистов при стрельбе из пневматической винтовки.
Цель работы
На основе метода многомерных фазовых пространств исследовать особенности влияния статических физических нагрузок (СФН) и фотостимуляции зрительного анализатора (ФЗА) на параметры вертикальной устойчивости и тремора спортсменов-полиатлонистов.
Задачи исследования
-
В сравнительном исследовании выяснить особенности стратегии поддержания вертикального равновесия у спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов с помощью теста Ромберга.
-
Изучить влияние статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора на параметры вертикальной устойчивости спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов при выполнении стрельбы из винтовки по данным стабилометрии.
-
Исследовать влияние статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора на показатели точности стрельбы из винтовки спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов с помощью электронного стрелкового тренажера «СКАТТ».
-
Изучить особенности вегетативно-трофического обеспечения процессов, связанных с поддержанием вертикальной позы спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов до и после статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора по данным анализа вариабельности сердечного ритма.
-
Осуществить анализ амплитудно-частотных характеристик тремора верхних конечностей спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора.
Научная новизна работы
Разработан подход и экспериментальный стенд для комплексного исследования параметров вертикальной устойчивости и тремора спортсменов-полиатлонистов с использованием методов стабилографии, треморографии, электронной системы управления стрельбой «СКАТТ» и анализа вариабельности сердечного ритма.
Впервые с позиций теории хаоса и самоорганизации установлены особенности управления равновесием у спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов в условиях покоя и в процессе стрельбы под действием СФН и ФЗА.
С помощью метода многомерных фазовых пространств идентифицированы параметры квазиаттракторов вертикальной устойчивости спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов и их динамика под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора.
Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Компьютерная стимуляция зрительного аппарата спортсменов-стрелков».
Практическая значимость
Определены стратегии управления вертикальной устойчивостью у спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов при спокойном стоянии на стабиломет-рической платформе и при стрельбе из винтовки под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного анализатора.
Предложен вариант применения метода многомерных фазовых пространств для оценки вертикальной устойчивости и тремора спортсменов-полиатлонистов в процессе стрельбы под воздействием статической физической нагрузки и фотостимуляции зрительного анализатора с помощью специальной запатентованной программы для ЭВМ.
Основные положения, выносимые на защиту
-
У спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов постуральный баланс при спокойном стоянии обеспечивается голеностопной стратегией управления. При стрельбе поддержание вертикального равновесия происходит за счёт голеностопной стратегии, но с частичным включением тазобедренной стратегии.
-
Внешнее управляющее воздействие в виде статической физической нагрузки при удержании винтовки, фиксации позы прицеливания и производстве выстрелов (отрицательный фактор) и фотостимуляции зрительного анализатора (положительный фактор) сопровождаются адаптивными изменениями посту-рального тремора и осуществления качества стрельбы.
-
Методы биомеханического анализа в сочетании с новым методом оценки многомерных фазовых пространств состояний и расчетом матриц межаттрактор-ных расстояний между хаотическими центрами квазиааттракторов обеспечивают удовлетворительную дифференциацию изучаемых показателей у спортсменов-полиатлонистов.
-
Процессы регуляции постурального тремора при спокойном стоянии и выполнении стрелковых упражнений имеют некоторые отличительные особенности вегетативно-трофического обеспечения у спортсменов-полиатлонистов.
Внедрение результатов исследования
Методика и результаты внедрены в учебно-тренировочный процесс специализированной детско-юношеской спортивной школы по зимним видам спорта «Кедр» и в исследовательскую практику лаборатории биомеханики и кинезиологии ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры».
Личный вклад автора
Автор принимал личное участие в измерении антропометрических данных, регистрации постуральной устойчивости на платформе в тесте Ромберга, в про-
цессе стрельбы, записи и анализе треморограмм в процессе удержания винтовки, записи и анализе кардиоинтервалограмм.
Самостоятельно проведена обработка полученных данных методами описательной статистики и многомерных фазовых пространств, выполнен расчет матриц межаттракторных расстояний.
Апробация работы
Основные материалы диссертации доложены и опубликованы в материалах VII Международного симпозиума «Восток-Россия-Запад. Современные процессы развития физической культуры, спорта и туризма. Состояние и перспективы формирования здорового образа жизни» (Орел, 2010), а также в международных научно-практических конференциях, в том числе: «Физиологические механизмы адаптации человека» (Тюмень, 2010); «Фундаментальные и клинические аспекты охраны здоровья человека на Севере» (Сургут, 2010); «Психолого-педагогические и медико-биологические проблемы физической культуры, спорта туризма и олим-пизма: инновации и перспективы развития» (Челябинск, 2011); «Современные проблемы и инновационные технологии в развитии физической культуры и спорта» (Иркутск, 2011); V международной конференции «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2011) и Всероссийской конференции: «Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки и оздоровления различных категорий населения» (Сургут, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе: 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК и 9 статей в других журналах, сборниках научных трудов, материалах конференций и симпозиумов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 123 страницах и состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (170 источников, из которых 82 на иностранных языках) и содержит 34 рисунка и 28 таблиц.
Модели регуляция вертикального положения тела человека
Способность стрелка управлять вертикальной устойчивостью тела и контролировать тремор конечностей являются решающими факторами стрельбы из любого вида оружия [147; 138; 136]. Между тем, биофизические, биомеханические и физиологические механизмы этих факторов до сих пор остаются недостаточно изученными применительно к таким видам спорта как биатлон и зимний полиатлон. Последний отличается тем, что спортсмены выполняют три упражнения, включающие бег на лыжах, силовую гимнастику и стрельбу из положения стоя. Сочетание выносливости со способностью стрелять и выполнять работу скоростно-силового характера делают этот вид спорта одним из самых сложных [23, 43, 46].
Мы провели библиографический поиск сведений, касающихся изучения феномена и механизмов вертикальной устойчивости и тремора конечностей человека в разных условиях с использованием поисковых баз данных Sport Discus, Med Line, информационных ресурсов Sport Info Российского государственного университета физической культуры, спорта и туризма (ГЦОЛИФК), а также ресурсов Государственной центральной медицинской библиотеки и Российской Государственной библиотеки. Ниже представляем критический анализ содержания полученных литературных источников.
Известно, что функция равновесия осуществляется посредством непроизвольных установочных рефлексов, которые удерживают центр тяжести тела в пределах проекции площади его опоры и осуществляют компенсаторное приспособление позы и восстановление утерянного равновесия тела [64; 25]. Установочные рефлексы имеют двигательные, вегетативные и сенсорные компоненты [57]. Они протекают непрерывно в ответ на силы гравитации.
Вместе с тем, положение человека при стоянии на двух ногах неустойчиво. Небольшие отклонения от вертикального положения тела немедленно вызывают связанные с гравитацией угловые ускорения, которые действуют на тело, заставляя его смещаться еще дальше от вертикального положения. Для того, чтобы не упасть, автоматически выполняется ряд корректировок, направленных против силы тяжести. Процесс инициации корректирующего углового ускорения полностью не выяснен. Серьезное противоречие касается организации сенсорных и моторных систем организма, ответственных за по-стуральную (позную) устойчивость [147; 136; 80; 113; 93].
В настоящее время процесс регуляции вертикальной позы человека больше не рассматривается как суммация статических рефлексов. Все чаще его определяют как сложный навык, основанный на взаимодействии динамических сенсомоторных процессов. При этом выделяют две главные цели -ориентацию тела в пространстве и подержание вертикального равновесия. В процессе пространственной или постуральной ориентации человек использует активное выпрямление туловища и головы относительно силы тяжести, поверхности опоры, визуального окружения, внутренней побуждающей мотивации и интенции. Для этого сенсорная информация от соматосенсорных, вестибулярных систем и органа зрения интегрируется. Сообразно вкладу каждой из них в зависимости от целей поведения осуществляется решение конкретной двигательной задачи [10; 117; 79].
Многочисленные исследования показали, что спокойное стояние может быть внезапно нарушено возбуждением сенсорных систем раздражителями психо-эмоциональной или медикаментозной природы [120; 150; 118; 104; 122; 153; 90; 117; 69; 114]. Нарушение равновесия наблюдается у спортсменов при повреждении суставов [157; 115], растяжении связок коленного и голеностопного суставов [105; 96]. В частности, Cathleen N. Brown отмечает: «Люди, с растяжением связок лодыжки имеют риск развития хронической нестабильности голеностопного сустава и снижения способности к равновесию. Этому способствуют два фактора - механическая нестабильность из-за физиологической слабости боковых связок голеностопного сустава после растяжения и функциональная нестабильность, связанная с дефицитом про-приоцепции или нервно-мышечной регуляции» [96, р. 461]. Известно также, что на систему управления постуральной устойчивостью и тремор рук суще ственное влияние оказывает прием алкоголя и курение табака, связанное, как полагают, с нейротоксичными эффектами этилового спирта и сигаретного дыма [127; 102; 139].
Приведенные данные, свидетельствуют о различных механизмах управления постуральной устойчивостью, включающих как прямое действие возмущающих агентов, так и опосредованное влияние через механизмы обратной связи. Активные механизмы управления с обратной связью вносят существенный вклад в генерацию корректирующего углового ускорения в ответ на изменение положения тела, воспринятое сенсорными системами. Однако, организация этих механизмов контроля с участием обратной связи недостаточно известна. Не ясен вопрос о том, какую роль (доминирующую или вспомогательную) играют механизмы обратной связи в осуществлении постураль-ного контроля.
Некоторые исследователи считают, что управление с использованием только обратной связи недостаточно для тонкой регуляции позы человека [152; 44]. Другие авторы отводят ведущую роль механизмам прогноза [138], третьи - считают, что в основе лежат комбинации нелинейных механизмов в виде открытых и закрытых контуров, используемых для контроля вертикального положения тела в пространстве [101]. Между тем, имеются данные о том, что динамически регулируемое управление с обратной связью, вероятно, вносит решающий вклад в процесс реализации постуральной устойчивости [117; 155].
В противоположность представлениям R.J. Peterka и P.J. Loughlin [147] относительно того, что двуногое положение человека неустойчиво В.И. Усачёв пишет: «Тело человека в вертикальном положении обладает большим запасом устойчивости. Площадь перемещения центра давления стоп по отношению к площади полигона опоры с открытыми глазами не превышает 1%, а с закрытыми глазами - 1,5%. Даже у пациентов, страдающих церебральным параличом, этот показатель не превышает соответственно 5% и 10%. Тем не менее, несмотря на 90% запас физической устойчивости, эти пациенты постоянно подвержены риску падения. Такой же особенностью обладают и по жилые люди. На первый взгляд, кажется, что падение происходит тогда, когда центр давления стоп стремится выйти за границы статокинезиграммы. Однако при ее детальном рассмотрении в режиме анимации несложно заметить, что этот риск связан с резким увеличением линейной и угловой скорости. Человека непрерывно выводят из состояния равновесия дыхательные движения; гидродинамические силы крови при сокращении сердца; перистальтика кишечника; кранио-сакральный ритм и более медленные ритмы: мобильность тканей с периодом 25-35 сек, медленные постуральные колебания с периодом около 60 сек, медленный «прилив» с периодом около 100 сек» [82, стр. 4]. Эти биоритмы суммируются по закону физиологического резонанса и при неблагоприятной суммации возмущающих сил повышается тенденция к потере равновесия [82, 71, 73].
Через различные сенсорные системы, главными из которых являются проприоцептивная, вестибулярная и зрительная, мозг получает обратную связь о процессе отклонения от вертикали. Благодаря центральному нервному механизму с участием мышц происходит срочная коррекция нарушенного равновесия, причём движение совершается в наиболее выгодном направлении, с оптимальным линейным и угловым ускорением. Этот процесс в последнее время принято называть динамической стабилизацией [79; 82].
Двадцать лет назад Collins и DeLuca [101] выдвинули предположение о комбинации открытых и закрытых контуров управления, чтобы объяснить свои экспериментальные результаты. Они ввели новую методику анализа стабилограмм, отражающих изменение положения общего центра давления во времени. Этот анализ впервые показал, что спокойное стояние характеризуется относительным постоянством на коротких временных интервалах и существенной вариабельностью на более длинных временных интервалах. Авторы объяснили такое поведение тем, что при коротких временных интервалах, система постуральной устойчивости использует только внешний контур управления, тогда как при более длинных временных интервалах, осуществляется активный контроль с участием обратной связи (то есть, управление по внутреннему контуру). Вероятно, имеет место динамическое переключе ниє между внешним и внутренним контурами управления, поскольку подразумевается, что система не может быть полностью охарактеризована как система управления с обратной связью. Однако, последующее исследование R.J. Peterka [149] показало, что модель управления с обратной связью вполне может объяснить стабильность и нестабильность положения человека на платформе. То есть простая система управления с обратной связью вполне достаточна для контроля центра давления при спокойном стоянии.
Далее RJ. Peterka [151] показал, что динамика поведения системы управления вертикальным положением тела человека осуществляется на основе механизма отрицательной обратной связи, где доминирующие компоненты корректирующего вращающего момента (torque) пропорциональны суммированию углового положения и влияния угловой скорости тела при задержке времени в системе около 150-200 мс. Эта продолжительность задержки времени предполагает, что спокойное стояние регулируется уровнем более высокого порядка, что требует некоторого времени нервной системе, чтобы отобрать и консолидировать информацию от различных сенсорных источников для подготовки актуальной двигательной команды.
Недавно Robert J. Peterka опубликовал еще несколько работ [146, 148], в которых представил 2-х контурную модель регуляции вертикального положения тела человека с использованием отрицательной и положительной обратных связей (рис. 1).
Идентификация параметров квазиаттракторов вектора состояния организма человека с помощью метода многомерных фазовых пространств
Динамику изменений параметров квазиаттракторов, характеризующих особенности сохранения равновесия при спокойном стоянии, а также под влиянием физических нагрузок и фотостимуляции осуществляли с помощью метода многомерных фазовых пространств в соответствие с рекомендациями В.М Еськова и соавт. (2004-2011) [37, 85, 34, 50]. В общем случае, в m-мерном фазовом пространстве с ортогональной системой координат можно выделить граничную т-мерную прямоугольную область, в которой находится все множество точек наблюдаемых состояний данной системы. На фазовой плоскости это будет прямоугольник, в 3-мерном фазовом пространстве — параллелепипед, в m-мерном фазовом пространстве m-мерный параллелепипед. Данная т-мерная геометрическая фигура имеет координаты центра Х0Г =(х[,х , х„)т, каждая координата которого вычисляется по формуле Хп ={ХГ\ . ,+ХГ ,) /2
Если Di - ширина фазовой области в проекции на і-ую координату, Di = Xi (max) -Xi (min); то объем параллепипеда будет равен s 1=1 где dXi=Di, xi (min) - координата крайней точки, совпадающая с нижней границей фазовой области; xi (max) - координата крайней точки, совпадающая с верхней границей фазовой области.
В случае полной симметричности фазовой области (т.е. по всем фазовым координатам) ее геометрический и статистический центры будут совпадать, в противном случае разница между ними будет ненулевая, и ее модуль может быть найден по формуле: АХ = д/(х,г -xf)2 + (х2г -х2с)2 + .. + ( » -xcmf
Эта величина является показателем асимметрии расположения центральной точки аттрактора относительно геометрического центра аттрактора (центр симметрии m-мерного параллелепипеда).
Состояние спортсменов стрелков и не стрелков описывается точкой в m-мерном пространстве, координаты которого образуют диагностические признаки X. (здесь і = l,2,....m, где m - общее число диагностических признаков, отобранных нами на основании экспертных оценок с позиций теории информации). Диагностические признаки X. представляют параметры порядка ВСОЧ X = (Х.,Х0,..Х ) в m-мерном фазовом пространстве состоя ний. Полученные значения (компартменты) X. по каждому I -му признаку переносятся в фазовое пространство состояний на базе ЭВМ. В результате для каждой группы спортсменов и не спортсменов определенного пола получается набор точек в виде «облака», которые имеют свои координаты на всех осях X. (/= 1,2,....т) и которые для каждой координаты X. имеют свои (для каждой группы участников) крайние значения (границы отрезков А Х.на осях X.). Они обозначаются как грани и содержат левую крайнюю точку х и правую крайнюю точку х , т.е. А Х.= D.= (х х . ) По /min /max /max /min лученные грани D. характеризуют степень флуктуации вектора состояния по фазовом пространстве состояний для участников определенной группы. Полученные значения всех граней D. в фазовом пространстве состояний образуют некоторый m-мерный параллелепипед, внутри которого движется вектор состояния в фазовом пространстве состояний для данной группы участников. Для этой группы рассчитывается объем т-мерного параллелепипеда V как произведение всех D. граней: V = П D., внутри которого находится квазиаттрактор движения вектора состояния в фазовом пространстве состояний, и который приблизительно будет представлять объем этого квазиаттрактора. Если необходимо сравнить различные группы, производится расчет у объема квазиат о трактора предыдущей и у последующей группы участников и рассчитывается изменение этих объемов (А V —у"„ - у\)- Одновременно производит ся расчет координат вектора X = (X. ,Х. ,..Х ) центра С m-мерного па-раллелепипеда, представляющего центр квазиаттрактора движения вектора состояния по формуле: Х.= /max tmuiz Наконец, производится рас чет показателя асимметрии Г, который равен расстоянию между центром С квазиаттрактора движения вектора состояния и центром, т.е. средневзвешенным (центр всех статистических математических ожиданий) X = (X ,Х0 ,...Х )Т по формуле: Г= А І (xiC —X.S)2. Чем больше Г, тем дальше стохастический центр отстоит от хаотического (т.е. центра квазиаттрактора).
Для определения значимости каждого X. компонента вектора состояния для всего вектора Х- вводили параметр Л , показывающий степень изменения объема квазиаттракторов для k-го кластера данных до и после уменьшения размерности фазового пространства. В исходном приближении Ru= {Vu- -V )lVu. После исключения поочередно каждой из /координат вектора (например, для двухкластерных систем) вычисляются вторые приближения параметров R{= (V -Vi )lVi . Таким образом, получаем вектор Л = (Ru ....,Rmy , т.е. вектор значений, по которым можно определить уменьшилась или увеличилась относительная величина квазиатракторов Кпри изменении размерности фазового пространства. При уменьшении относительных размеров V, анализируются параметры системы и на основе их изменчивости делается заключение о значимости каждого X. компонента вектора состояния для всего вектора Х = {Х.,Х ,..Х ) , т.е. для j-то испытуемых из к -го массива данных.
Анализ результатов стрельбы до и после статических физических нагрузок и возмущающего воздействия в виде фотостимуляции
Влияние статических нагрузок. Под влиянием тренировочных нагрузок в виде выполнения статических поз прицеливания, удержания и производства 2-х серий выстрелов из винтовки показатели стрельбы спортсменов-полиат-лонистов (стрелков) и не спортсменов (не стрелков) по данным электронного тренажера «СКАТТ» претерпевали определенные изменения (табл. 11). В группе спортсменов под действием статической физической нагрузки достоверные различия были выявлены в уменьшении длины траектории прицеливания во второй серии выстрелов. Так же отмечалось существенное увеличение удер жания винтовки в точке прицеливания (р 0,05). В группе не спортсменов достоверных изменений параметров стрельбы не было обнаружено.
Данные таблицы 11 свидетельствуют, что спортсмены-полиатлонисты в 1-ой и 2-ой сериях продемонстрировали лучшие показатели, характеризующие точность стрельбы из пневматической винтовки по сравнению с лицами, которые не занимаются стрельбой в рамках занятий зимним полиатлоном. В частности стрелки, как и ожидалось, имели более высокую способность к удержанию оружия в десятке и точке прицеливания, существенно более короткую траекторию прицеливания (р 0,05), и, как следствие, более высокий результат (р 0,05).
По данным дисперсионного анализа все показатели, связанные со стрельбой существенно зависели от квалификации участников, т.е. спортсменов (С) и не спортсменов (НС). В первой серии выстрелов (рис. 24) результат стрельбы у спортсменов был существенно выше, чем у не спортсменов F(l, 291)= 119,14 р=0,0000. Устойчивость оружия в центре мишени и устойчивость в точке прицеливания также были выше у спортсменов F( 1,291) = 30,51 р=0,00 и F( 1,291) = 65,99 р=0,00, соответственно. Длина траектории прицеливания напротив, была достоверно короче у спортсменов (F( 1,291) = 136,00 р=0,00).
Во второй серии упражнений качество стрельбы не стрелков незначительно повысилось (139 попаданий в область мишени против 117), однако зависимости сохранились на прежнем уровне (рис. 25).
Влияние фотостимуляции. После ФЗА в группе полиатлонистов произошло достоверное увеличение результата выстрелов и что особенно важно, снижение длины траектории прицеливания с 57,34±13,91 мм до 54,12±14,55 мм. Показатели устойчивости в точке прицеливания и в центре мишени достоверно не изменялись (табл. 12).
В группе не спортсменов после фотостимуляции зрительного анализатора отмечалось снижение длины траектории во второй серии выстрелов с 103,48±49,34 до 93,81±3,22 (р 0,05), незначительное увеличение устойчивости в центре мишени и точке прицеливания, и как следствие, достоверное улучшение результата выстрела.
Анализ зависимости параметров стрельбы от квалификации участников выявил сходный характер изменений по сравнению с данными первого блока исследований: параметры результата, устойчивости в центре мишени и точке прицеливания были существенно выше у спортсменов. В то же время длина траектории прицеливания у не спортсменов была существенно выше.
Таким образом, в группе спортсменов, как под действием статической физической нагрузки, так и под действием фотостимуляции достоверные изменения обнаружены в уменьшении длины траектории прицеливания и увеличении результата выстрела. Такая динамика может свидетельствовать о том, спортсмены более устойчивы к внешним возмущающим воздействиям, что может быть объяснено формированием жестких двигательных стереотипов в процессе тренировочной деятельности и приобретением устойчивых стрелковых навыков, одним из которых является способность длительно удерживать мушку в области центра мишени при прицеливании [89, 138,169].
В группе не спортсменов под воздействием статической физической нагрузки достоверных изменений параметров стрельбы между первой и второй сериями выстрелов выявлено не было. В то же время, под действием фотостимуляции зрительного анализатора отмечались существенные изменения в улучшении результата стрельбы и уменьшении длины траектории во второй серии выстрелов. Длина траектории прицеливания - главная кинематическая переменная, определяющая уровень способности к стрельбе и связана с центрально-перцептивными процессами движения [137]. Чем она меньше, тем лучше устойчивость в процессе стрельбы [5]. Следовательно, можно говорить о положительном влиянии фотостимуляции, но пока только в группе не спортсменов.
В рамках системного анализа и синтеза нами проанализирована динамика параметров квазиаттракторов в четырёхмерном фазовом пространстве у спортсменов и не спортсменов при выполнении двух серий упражнений по 10 выстрелов из пневматической винтовки.
Влияние статической физической нагрузки по-разному сказалось на спортсменах и не спортсменах. В группе не спортсменов в 1-ой и 2-ой сериях показа тели асимметрии Rx и Ry (расстояния между геометрическим и статистическим центрами квазиаттракторов) почти не отличались друг от друга и составляли 26,15 и 28,24. Общий объём квазиаттрактора первой серии незначительно преобладал над общим объемом квазиаттрактора второй серии, за счёт большего разброса удержания винтовки в центре мишени (Interval XI) и меньшего разброса удержания винтовки в точке прицеливания (Interval Х2) (табл. 13).
Анализ объемов квазиаттракторов показал, что параметр R0 (относительная погрешность), отражающий степень изменения объема квазиаттракторов для каждого кластера до и после уменьшения размерности фазового пространства, в группе не спортсменов составлял 7,4%, а в группе спортсменов - 7.6%. Таким образом, под действием СФН происходит незначительное изменение квазиатракторов в обеих группах: в группе спортсменов в сторону большей степени хаотичности системы, в группе не спортсменов — меньшей. Происходит это, вероятно, за счёт изменения интервалов параметров удержания в точке прицеливания и центре мишени и что не может отобразить обычная статистика.
Влияние фотостимуляции зрительного анализатора. В группе не спортсменов показатели асимметрии Rx и Ry до и после ФЗА уменьшались практически в 5 раза и составляли 80,37 и 15,5 соответственно, в то время как общий объем квазиаттрактора после ФЗА увеличивался в 1,5 раза (табл. 16). Преобладание ОК второй серии выстрелов происходило за счёт увеличение интервала XI и Х2 (параметры устойчивости в центре мишени и точке прицеливания) и снижения интервала ХЗ (длина траектории).
Сравнительный анализ тремора спортсменов-полиатлонистов и не спортсменов под влиянием статических физических нагрузок и фотостимуляции зрительного
Изучение тремора верхних конечностей при удержании пневматической винтовки. Амплитудно-частотный анализ входных и выходных данных кинематограмм в группе полиатлонистов выявил статистически достоверные различия амплитуды движений преимущественно в области низких частот в диапазоне 1,2-3,5 Гц (табл. 27).
Амплитудно-частотные характеристики кинематограмм у лиц, не занимающихся стрелковым спортом, имеют более значительные различия практически по всему частотному диапазону по сравнению с таковыми у спортсменов. После статической нагрузки амплитудные значения увеличивались по всему частотному диапазону, начиная с частоты 6,1 Гц (табл. 28).
Таким образом, установлено, что у спортсменов-полиатлонистов под действием СФН происходит увеличение амплитуды колебаний в низкочастотной области, а у лиц, не занимающихся стрелковым спортом амплитуда увеличивается в более высокочастотной области. Влияние фотостимуляции зрительного анализатора на амплитудно-частотные характеристики постурального тремора у спортсменов-полиатлонистов представлено на рис. 33-А.
Из данных, приведенных на рисунке 33, следует, что реакция на фотостимуляцию в сравниваемых группах различна. Так, у спортсменов-полиатлонистов изменения обнаруживаются в более широком частотном диапазоне от 0,8 до 9,2 Гц, но по абсолютному изменению амплитуды они менее выражены, чем в группе сравнения. При этом точка перекрещивания значений усредненных кинематограмм находится на отметке 8,8 Гц. У лиц, не имеющих навыков стрельбы из пневматической винтовки, уменьшение амплитуды постурального тремора более выражено в области низких частот в диапазоне от 0,7 до 4,4 Гц.
Микродвигательные реакции на статическое удержание винтовки после фотостимуляции диаметрально противоположно отличаются от реакции на статическое удержание винтовки, как в группе стрелков-полиатлонистов, так и в группе лиц, не занимающихся стрелковым спортом. При этом микродвигательные реакции, как на статическое удержание винтовки, так и на фотостимуляцию зависят от наличия навыков стрелковой подготовки. Так, спортсмены более устойчивы к внешним возмущающим воздействиям, что может быть объяснено формированием жестких двигательных стереотипов, которые вырабатываются в процессе длительных тренировочных занятий и приобретении стрелковых навыков [169, 70, 138].
Анализ матриц расстояний Zy между центрами хаотических квазиат-ракторов при действии СФН показал, что наименьшие отличия в показателях Zy были получены в группе спортсменов до и после статической физической нагрузки (zy =19,4). Существенная разница межаттракторных расстояний была обнаружена между центрами квазиаттракторов после нагрузки обеих групп zy =44,58 (разница до нагрузки была равна zy =22,12) (рис. 34-А).
При сравнении межаттракторных расстояний zy между центрами хаотических квазиатракторов под влияние фотостимуляции было выявлено, что наименьшее отличия в показателях щ были получены также в группе спортсменов до и после фотостимуляции зрительного анализатора (zy =16,86). Разница межаттракторных расстояний до нагрузки между группами составляла 22,22, а поеле нагрузки 21,75. Наибольшая разница межаттракторных расстояний была обнаружена между центрами квазиаттракторов группы не стрелков до и после фотостимуляции (zjj =26,8) (рис. 34-Б). Что позволяет сделать вывод, что спортсмены более устойчивы к внешним возмущающим воздействиям.
