Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях технического прогресса по мере автоматизации и компьютеризации производств физический элемент ручного труда сохраняется, но постоянно трансформируется в сенсомоторную работу как форму трудовой деятельности. С точки зрения современной эргономики происходит смена физической тяжести труда на нервную его напряженность, а эрготропного принципа управления движениями на информационный. Поэтому изучение физиологических механизмов непроизвольных и произвольных движений рук человека в аспекте своеобразной эволюции произвольности управления приобретает особую актуальность. В частности, непроизвольные ритмические движения дистальных кинематических звеньев конечностей, обозначаемые как физиологический тремор, несмотря на значительный исторический пласт его исследований (Л.В. Латманизова, 1929; J. Marshall, E.G.Walsh, 1956; C. Van Buskirk, R.A. Fink, 1962; В.С. Гурфинкель и соавт., 1965; Г.Я. Саравайский, 1968; Ф.М. Талышев, 1968; А.Я. Рыжов, 1969; B. Comby, M. Bouchoucha, 1992; C. N. Riviere et all, 1998; K.E. Norman et all, 1999; J. Raethjen et al., 2000; F. Cassim et all, 2000; М.М. Одинак и соавт., 2003; R.J. Elble, 2003), в настоящее время не имеют унифицированных авторитетных объяснений природы и механизмов данного феномена, если не считать его клинических видоизменений.
Произвольные ритмические движения дистальных звеньев рук, известные как теппинг-тест, широко используются при исследованиях различных форм трудовой деятельности не только для характеристики нервно-мышечного аппарата работающих, но и в качестве показателя состояния их центральной нервной системы (ЦНС) (К.М. Смирнов, 1970; Ю.Т.Шапков и соавт., 1988; D.A. Rosenbaum, 1994; А.В. Курганский, 1996; Е.П.Ильин, 2001; 2003; Е.Ю.Бруннер, 2010). В то же время теппинговые движения пальцев рук являются в своей основе периодическим процессом, который при соответствующих регистрации и анализе может составить основу лабораторного моделирования сенсомоторной работы с прогностической интерпретацией ее фаз и периодов (А.С. Башкирова, Ж.И. Жижина, 1970; А.Я. Рыжов и соавт., 1994; Н.П. Степаненкова, 1997; В. Староста, 1998; Т.Г. Кремлева, 1999; Р.М. Гречишкин и совт., 2005; С.В. Комин, 2005; Е.С. Ашуркова и соавт., 2006).
Таким образом, в произвольных движениях типа теппинг-тест уже обнаруживается определенная аналогия с трудовыми действиями, в которых основная сенсомоторная нагрузка приходится на дистальные звенья верхней конечности. В качестве же экспериментальной модели произвольных движений релевантного характера вполне может быть избран компонент ручного труда, представляющий собой оптимальный объект анализа рабочих движений руки во всех звеньях ее кинематической цепи (С.И. Горшков и соавт., 1970, 1974; К.М.Смирнов и соавт., 1976; Ю.В. Мойкин и соавт., 1992; Э.Ф. Шардакова и соавт., 1999; А.И. Капанджи, 2009).
Цель представляемой работы – дать физиологическую оценку функционирования нервно-мышечного аппарата рук путем количественного анализа непроизвольных и произвольных, в том числе трудовых, движений.
Задачи: 1) исследовать особенности непроизвольных ритмических движений рук по частотным и амплитудным параметрам физиологического тремора пальцев;
2) изучить особенности частотных характеристик произвольных ритмических движений пальцев рук по параметрам графически регистрируемого теппинга;
3) охарактеризовать некоторые стороны центрального управления непроизвольными и произвольными движениями посредством комплексного анализа параметров тремо- и теппингограмм;
4) дать количественную характеристику произвольных рабочих движений кинематических звеньев рук на примере труда швей-мотористок с учетом особенностей их производства;
5) выявить в лабораторном эксперименте количественные особенности непроизвольных и произвольных ритмических движений рук у швей.
Научная новизна
1. Впервые проведены комплексные исследования, уточняющие количественные характеристики и механизмы управления непроизвольной ритмической активностью пальцев рук в определенных частотных диапазонах физиологического тремора.
2. Впервые проведена графическая регистрация произвольных ритмических движений пальцев рук (теппингограмма) с последующим компьютерным анализом ее количественных характеристик. Экспериментальное исследование комплекса тремор-теппинг уточняет представление о центральных механизмах регуляции непроизвольных и произвольных движений пальцев рук.
3. В условиях натурного эксперимента видеохронометрически определено количественное содержание категории тяжести ручного труда швей-мотористок с выявлением физиолого-эргономических особенностей взаимодействия трех кинематических звеньев рук: плечо, предплечье, кисть (пальцы).
4. Выявлены некоторые особенности влияния трудовой деятельности в ручной форме на систему управления непроизвольными (физиологический тремор) и произвольными (теппинг) ритмическими движениями пальцев рук.
Положения, выносимые на защиту
1 Частота физиологического тремора пальцев рук испытуемых, согласно показателям её дисперсности, менее вариабельна, нежели амплитуда, в чем проявляется одна из сторон деятельности двухуровневой (спинальной и стволовой) системы непроизвольного управления поисковой функцией нервно-мышечного аппарата рук.
2. Графическая регистрация и теппингограммы и ее компьютерный анализ (гистографичский, автокорреляционный, хаосогенный) позволяют уточнить форму управления произвольными ритмическими движениями пальцев рук.
3. Между двигательными циклами физиологического тремора (движение вверх-вниз) и теппинга (удар-замах) существует временная разница, косвенно характеризующая корково-подкорковый компонент управления изучаемыми ритмическими движениями пальцев. Время ее находится в обратной линейной зависимости от длительности двигательного цикла тремора и в степенной от двигательного цикла теппинга
4. Трудовые операции швей-мотористок, выполняемые правой (ведущей) рукой в целом базируются на комплексе движений ее кинематических пар в трех условных геометрических плоскостях и по трем осям суставного вращения, причем основная локальная динамическая нагрузка приходится на кисть и пальцы.
5. Замедленный отрезок времени, характеризующий у швей межцикловую разницу тремора и теппинга пальцев рук, а также высокая частота тремора и относительно низкая дисперсность показателей тремора и теппинга пальцев – результат физиолого-эргономической сложности трудовых операций.
Теоретическая и практическая значимость работы
Диссертация вносит определенный вклад в общую теорию физиологии различных видов деятельности, включая физиологию труда, физиологию движений и систем управления. Внесен вклад в теоретические положения учения о физиологическом оптимуме (Н.Е. Введенский, А.А. Ухтомский), об уровневой структуре управления движениями (Н.А. Бернштейн) и функциональных системах (П.К. Анохин).
Прикладной аспект диссертации имеет основные направления:
1) методологическое, рекомендующее экспериментальное применение использованных в диссертации методов исследования состояния ЦНС и опорно-двигательного аппарата; 2) учебное, связанное с использованием диссертационных материалов на лекциях и практических занятиях со студентами специальностей «биология», «биоэкология» и «физическая культура»; 3) производственное, предусматривающее практические рекомендации, непосредственно касающиеся оптимизации и оздоровления труда, а также прогноза и коррекции функционального состояния ЦНС и опорно-двигательного аппарата рук рабочих швейного и других подобных производств.
Соответствие диссертации Паспорту научной специальности
Диссертационное исследование соответствует п.8. «Изучение физиологических механизмов адаптации человека к различным географическим, экологическим, трудовым и социальным условиям» паспорта специальности 03.03.01 – «Физиология» (биологические науки).
Апробация работы
Материалы доложены на научных конференциях аспирантов и студентов Тверского Государственного Университета (2005, 2006, 2007), Санкт-Петербургского Государственного Университета (девятая Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей, 22 апреля 2006; одиннадцатая Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей; 19 апреля 2008г.), на научных семинарах учебно-научной лаборатории медико-биологических проблем человека ТвГУ (2007; 2008; 2009; 2010). Материалы диссертации доложены и вошли в сборник статей Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития физической культуры и спорта», посвященной 35-летию ВЛГАФК, 9-10 ноября 2005 года (Великие луки, 2005), доложены и опубликованы в сборнике I Всероссийской, с международным участием, конференции по управлению движением (Великие Луки, 14 – 17 марта 2006), во Всероссийском сборнике научных статей (Тверь, 2006), посвященном актуальным проблемам физиологии труда в XXI. Материалы диссертации по проблемам управления двигательной активностью человека в аспекте сенсомоторной работоспособности представлены на XX и XXI съездах физиологического общества им. И.П.Павлова в 2007, 2010 г.г. (Москва, Москва- Калуга), а также вошли в рецензируемый журнал ТвГУ «Биология и экология» 2007- 2011 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из которых 4 в рецензируемой печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, литературы и приложений. Общий объем работы - 139 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, 9 таблиц, 12 схем, 3 приложения, библиографический список, состоящий из 202 наименований.
