CC BY
58
3. Свидетельство №2010613309 Программа для ЭВМ «Идентификация параметров порядка (наиболее значимых диагностических признаков) методом расчета матриц расстояний» / В.М.Еськов, М.Я.Брагинский, Е.В.Майстренко, М.А. Филатов. -М.: РОСПАТЕНТ, 2010.
THE COMPARATIVE ANALYSIS OF STOCHASTIC AND CHAOTIC MATRIXES OF STATE VECTOR BEHAVIOR OF OIL AND GAS SECTOR WORKERS, WITCH AMENABLE CHRONIC EXPOSURE ELECTROMAGNETIC FIELDS
V.M. ESKOV, G.V.GAZYA, A.A.SOKOLOVA, A.Y. VASIL’EVA
Surgut State University Phone: (3462)37-28-24, e-mail: 86wsr@rambler.ru
Classical statistic and new method for calculation of chaotic dynamics of human state vector in phase state were presented. Gender and age differences in dynamics of cardiorespiratory systems state vector behavior of oil and gas sector workers under the influence of tehnich factors (EMI) and without such were revealed.
Key words: cardiovascular system, electromagnetic fields, state vector.
УДК 57.043
ДИНАМИКА КВАЗИАТТРАКТОРОВ ПАРАМЕТРОВ НЕПРОИЗВОЛЬНЫХ МИКРОДВИЖЕНИЙ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА КАК РЕАКЦИЯ НА ЛОКАЛЬНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
В.М. ЕСЬКОВ, Т.В. ГАВРИЛЕНКО, Д.А. ДЕГТЯРЕВ, В.В. ЕСЬКОВ,
А.А. БАЛТИКОВА*
Динамика непроизвольных микродвижений конечностей (пальцев рук) человека, как реакция на локальные термические воздействия проявляется в изменении параметров квазиаттракторов характеристик тремора. Использование детерминистско-стохастических методов и методов теории хаоса и самоорганизации в описании сложных биосистем позволяет выполнить сравнительный анализ полученных результатов исследований. Приведены сравнительные результаты, описывающие динамику непроизвольных микродвижений конечности человека в рамках стохастики и теории хаоса.
Ключевые слова: тремор, квазиаттрактор, теория хаоса и самоорганизация.
Исследованию тремора, т.е. непроизвольных микродвижений в опорно-двигательной системе, на протяжении почти столетия уделялось большое внимание со стороны физиологов и врачей. Был высказан ряд предположений о его физиологической организации и роли физического компонента (биомеханического аспекта) в организации этого типа непроизвольных движений, а также различные гипотезы о произвольности или непроизвольности тремора.
Важной характеристикой любой сенсорной системы является зависимость уровня ощущения от величины внешнего воздействия. Всякое произвольное движение предполагает наличие некоторых условий, без которых оно не может должным образом осуществляться. Его первой предпосылкой является сохранность силы и точности движений, с одной стороны, и обеспечение нормального тонуса, который, как известно, является основой для четкой координации двигательных функций и существования организма в целом, с другой. Мастерство танцора, меткость стрелка, скорость бегуна, прыгучесть спортсмена, виртуозная игра пианиста - примеры огромных потенциальных резервов развития двигательных функций. Все эти характеристики описывают и качество жизни человека обладающего теми или иными двигательными функциями.
В условиях крайнего Севера человек регулярно испытывает существенные термические воздействия на фоне выполнения трудовых процессов, да и просто в быту. В зимнее время перепады температур, которые может на себе ощутить человек, при выходе из помещения наружу и обратно, достигают 80оС. Данные перепады возникают, например, при переходе с открытого воздуха в помещение и обратно, при этом температура в помещении может достигать +30 оС, а на открытом воздухе -45-50 оС. Организм человека в это время испытывает значительные термические нагрузки. Особенно значимым фактором это является для
сотрудников организаций, чья сфера деятельности непосредственно связана с высокой точностью выполнения операций и координации движений (операторы, ремонтники, рабочие буровых установок).
Цель исследования - изучение особенности динамики поведения параметров микродвижений конечностей человека в ответ на термические воздействия в рамках нового направления биофизики и физиологии - теории хаоса и самоорганизации (ТХС) в описании сложных биосистем.
Материалы и методы исследования. В рамках детерминистско-стохастических и новых ТХС-подходов и методов в настоящей работе получены результаты мониторингового обследования параметров микродвижений конечностей (пальцев рук) испытуемых, находящихся в условиях термических воздействий. Всего обследовано 56 человек (мужчин и женщин). Информация о состоянии параметров непроизвольных микродвижений конечностей была поучена на базе прибора «Тремограф», который обеспечивает регистрацию кинематограмм (движения пальцев руки в заданном режиме). В основе работы устройства лежат токовихревые датчики с блоками усилителей, фильтров, которые подключаются к блоку 16-ти канального аналого-цифрового преобразователя и позволяют прецизионно (до 0,01 мм) определять координату х=х(і) положения конечности с пластинкой в пространстве по отношению к регистратору (токовихревому датчику). Регистрация сигналов смещения конечности Х]=Х](і) и их обработка (получение производной от Х], т.е. Х2=<$Х]Мі) осуществлялась с помощью программных продуктов на базе ЭВМ с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ) и Wave-1еїї анализа (Моррета) для представления непериодических сигналов в виде непрерывной функции Х=Х(і) и анализа амплитудночастотных и фазовых характеристик сигнала. Для получения и описания квазиаттракторов использовались фазовые координаты
Х] и Х2=(ІХ]/(ІІ.
Результаты и их обсуждения. Исследования проводились по следующему плану:
1. Локальное гипертермическое воздействие на конечность испытуемого.
2. Локальное гипотермическое воздействие на конечность испытуемого.
Оба этих воздействия приводили к некоторым рефлекторным реакциям за счет раздражения рецепторных температурных полей. Эксперименты заключались в следующем: под различными термическими воздействиями испытуемым необходимо было удерживать палец руки в статическом положении над токовихревым датчиком на определенном расстоянии. В результате исследований были установлены ряд закономерностей в рамках теории хаоса и самоорганизации.
]. Локальное гипертермическое воздействие на конечность испытуемого.
Каждый испытуемый проходил эксперимент два раза: в расслабленном состоянии без какого-либо воздействия и с локальным термическим воздействием (небольшая емкость (500 мл) с горячей водой, t воды = 50 С, площадь соприкосновения 8=20 см2) на конечность испытуемого. В ходе проведения эксперимента у испытуемых отмечалась общая тенденция в сторону усиления параметров Х] и Х2 непроизвольных микродвижений (тремора) (рис.1). Типичная картина полученных результатов представлена на рис. 1 и в табл. 1.
На рис. 1 при сравнении состояния I (тремор испытуемого Э1 до термического воздействия) и состояния II (после гипертермии у испытуемого Э1) заметно значительное изменение амплитудно-частотных характеристик. Во время гипертермического воздействия увеличиваются амплитудные значения практически по всему диапазону частот. В свою очередь, при рассмотрении динамики Х(і) на фазовой плоскости, можно зарегистрировать значительное увеличение площади КА. Площадь КА для состояния I равна 8КА=1,697Е-07, а для состояния II эта площадь увеличилась 8КА=2,347Е-07.
* ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры», просп. Ленина, 1, г. Сургут, Сургутский р-н, Ханты-Мансийский АО, Тел.:+7 922 6545788, е-шаП: taras.gavrilenko@gmail.com
I II
Рис.]. Регистрируемый сигнал - А; АЧХ - В; С - фазовая плоскость вектора х=(х],х2) с координатами положения пальца по отношению к датчику в виде Х]=Х](і) и x2=dx]/dі, т.е. изменения скорости этого положения испытуемого Б1: I - до термического воздействия; II - во время локального гипертермиче-
ского воздействия.
В этой ситуации на АЧХ начинает проявляться вмешательство центральных отделов нервной системы, наблюдается усиление амплитуды сигнала в диапазоне 6-12 Гц. Такая реакция направлена на удержание конечности под гипертермическим воздействием в заданных пределах.
В)
Рис.2. Гистограммы энтропии Шеннона: до воздействия - А; во время гипертермического воздействия - В.
На рис.2 и в таблице 1 показаны гистограммы и результаты расчета значений энтропии Шеннона, а также площади квазиаттракторов до и во время локального гипертермического воздействия. Из таблицы 1 видно, что значение энтропии Шеннона и площадь квазиаттрактора после термического воздействия увеличивается. Из рис.2 легко видеть, что распределение значений мало соответствует нормальному распределению. Наблюдаемая рефлекторная реакция на гипертермическое воздействие приво-
дит к нарастанию хаотической динамики тремора, точность выполнения операции удержания конечности в пространстве и координация движений падает.
2. Локально гипотермическое воздействие на конечность испытуемого. Каждый испытуемый проходил эксперимент дважды: в расслабленном состоянии без какого-либо воздействия и в условиях с локального термического воздействия (площадь воздействия одинакова с предыдущим экспериментом, t воды ~ 0оС) на конечность испытуемого. На Рис.3, а также в таблице 2 представлены характерные для данного эксперимента результаты испытаний.
Таблица 1
Значения энтропии Шеннона и площадей квазиаттракторов до и во время гипертермического воздействия
I до воздействия во время гипотермического воздействия
I энтропия Шеннона 3,7559 3,8314
| площадь КА - 8КА 1,69724Е-07 2,34693Е-07
Из рис.3 видно, что в ходе проведения эксперимента у испытуемых отмечалась общая тенденция в сторону уменьшения амплитуды непроизвольных микродвижений при локальном гипотермическом воздействии, частота колебаний возрастает, из АЧХ видно смещение амплитудных значений в область более высоких частот, наблюдается значительное сокращение площади квазиаттрактора.
Гистограммы и расчет значений энтропии Шеннона, а также площади квазиаттракторов до и во время локального гипотермиче-ского воздействия представлены на рис.4 и в табл. 2, из которых видно, что значение энтропии Шеннона и площадь КА при гипо-термического воздействия существенно уменьшается. Уровень непроизвольных микродвижений снижается, точность выполнения операций и координация движений растет.
Рис.З. Регистрируемый сигнал - A; АЧХ - В; С - фазовая плоскость с координатами положения пальца по отношению к датчику в виде xi=xi(t) и x2=dx1/dt, т.е. имеем две фазовые координаты x1 и x2 у испытуемого D1: I - до термического воздействия; II - во время локального гипотермического
воздействия
зону частот. При рассмотрении сигнала на фазовой плоскости, можно зарегистрировать увеличение площади КА. При гипер-термическом воздействии проявляется вмешательство центральных отделов нервной системы, т.к. нарастает компонент в 10 Гц. Значение энтропии Шеннона и площадь КА после гипертермиче-ского воздействия увеличивается, распределение значений частот (гистограммы) мало соответствует нормальному распределению.
При гипотермическом воздействии у испытуемых отмечалась тенденция в направлении к уменьшению амплитуды непроизвольных микродвижений, происходило смещение амплитуд АЧХ в область более высоких частот по сравнению с исходным состоянием, наблюдается значительное сокращение площади квазиаттрактора. Значение энтропии Шеннона незначительно уменьшается, а площадь КА в момент гипотермического воздействия уменьшается существенно (в 2 раза). Такая динамика представляет численное уменьшение степени хаотичности в поведении исследуемой биомеханической системы.
Рис.4. Гистограммы энтропии Шеннона: до воздействия - A; во время гипотермического воздействия - В.
Таблица 2
Значения энтропии Шеннона и площадей квазиаттракторов до и во время гипотермического воздействия
І до воздействия во время гипотермического воздействия
І энтропия Шеннона 3,8696 3,7647
1 площадь КА - SKA 1,14247E-06 5,52237E-07
Заключение. По сравнению с исходным (до воздействи) состоянием испытуемых, во время гипертермического воздействия у них увеличиваются амплитуды высокочастотных и низкочастотных характеристик (АЧХ) практически по всему диапа-
Литература
1. Еськов, В.В. Синергетика как третья парадигма, или понятие парадигмы в философии и науке / В.В.Еськов, В.М.Еськов, В.А.Карпин, М.А. Филатов // Философия науки-2011.- №4 (51).- С.88-97.
2. Еськов, В.М. Основы биоинформационного анализа динамики микрохаотического поведения биосистем / В.М.Еськов, И.В.Буров, О.Е. Филатова, А.А. Хадарцев // Вестник новых медицинских технологий.- 2012.- Т.19.- №1.- С. 15-18.
3. Философско-биофизическая интерпретация жизни в рамках третьей парадигмы / В.М. Еськов [и др.] // Вестник новых медицинских технологий.- 2012.- Т.19.- №1.- С.38-41.
4. Еськов, В.М. Вегетативный статус и функциональная асимметрия полушарий мозга в корреляции с успеваемостью учащихся ХМАО-Югры. / В.М. Еськов, В.И. Майстренко,
М. А. Филатов, Д.Ю. Филатова // От экспериментальной биологии к превентивной и интегративной медицине: материалы
международного междисциплинарного симпозиума, Судак
(Украина).- 2007.- С. 44-46.
5. Еськов, В.М. Синергетика в клинической кибернетике. Часть II. Особенности саногенеза и патогенеза в условиях Ханты - Мансийского автономного округа - Югры. / В.М. Еськов, А.А. Хадарцев, О.Е. Филатова // Под ред. А.И. Григорьева.-Самара: ООО «Офорт», 2007.- С. 292.
DYNAMICS OF QUASIATTRACTORS PARAMETERS OF INVOLUNTARY MICROMOTIONS AS A RESPONSE TO LOCAL THERMIC INFLUENCES ON HUMAN LIMBS
V.M. ESKOV, T.V. GAVRILENKO, D.A. DEGTYAREV, V.V. ESKOV, A.A. BALTIKOVA
Surgut State University Phone: +7 922 6545788, e-mail: taras.gavrilenko@gmail.com
Dynamics of involuntary human limb micro-chaotic movements as a reaction on local thermic influences was presented. The comparison of deterministico-stochastic method and new methods of theory of chaos and self-organization were presented too.
Key words: tremor, quasiattractor, theory of chaos and selforganization.
