CC BY
81
80
Медицинские науки
УДК 612.821
ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ В УСЛОВИЯХ ВНЕШНЕЙ УПРАВЛЯЕМОЙ СРЕДЫ
Шерхова Л. К., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик E-mail: fiziol@kbsu.ru
Черкесов Т. Ю., кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории технологии физической культуры и спорта, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Шерхов З. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры нормальной и патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Хандохов Т. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Машуков Х. В., научный сотрудник, начальник отдела грантов, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Изучена динамика функциональных показателей центральной нервной системы при физической нагрузке в условиях управляемой внешней среды (УВС). Отмечено положительное влияние занятий в условиях УВС на работу вестибулярного аппарата, оптимизацию и ускорение интегративной деятельности сенсомо-торной зоны коры головного мозга (у участников эксперимента) испытуемых. Результаты исследований свидетельствуют о положительном влиянии предложенной методики на процесс адаптации различных структур головного мозга к физическим нагрузкам.
Ключевые слова: адаптация, центральная нервная система, электроэнцефалограмма, умственная нагрузка, обучение.
CHANGE OF PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF THE NERVOUS SYSTEM DURING EXERCISE IN EXTERNAL MANAGED ENVIRONMENT
Sherkhova L. K., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology, FSBEI HE "Kabardino-Balkaria state university after. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Cherkesov T. Yu., Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor of the Theory of Technology of Physical Culture and Sport, FSBEI HE "Kabardino-Balkaria state university after. Kh. M. Berbekov", city of Nalchik
Sherkhov Z. Kh., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Normal and Pathological Physiology, FSBEI HE "Kabardino-Balkaria state university after. Kh. M. Berbekov", city of Nalchik
Khandokhov Т. Kh., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology, FSBEI HE "Kabardino-Balkaria state university named after. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Mashukov Kh. V., Research Fellow, Head of the Grants Department, FSBEI HE "Kabardino-Balkaria state university after. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Was studied the dynamics of the functional parameters of the Central nervous system during exercise in a managed environment (EME). Was found by the participants of the experiment the positive effect of lessons in the EME on the functioning of the vestibular apparatus, optimization and acceleration of Integrative activities of the sensory motor area of the cerebral cortex. The results of the study indicate the positive impact of the proposed method the process of adaptation of different structures of the brain to physical activity.
Key words: adaptation, Central nervous system, electroencephalogram, mental load, education.
Актуальность
Уровень активации мозговых структур, на фоне которого протекает конкретная деятельность человека, в том числе и обучение, определяется как уровень функционального состояния (ФС) головного мозга (ГМ) [2, 3, 9, 11]. Диапазон изменений ФС бодрствующего человека чрезвычайно широк.
Биоэлектрическая активность головного мозга отражает функциональное состояние коры больших полушарий наряду с показателями психических функций, а также степень развития и организацию мозговых систем [5, 8,10]. Функциональная деятельность мозга отражается в динамике биоэлектрической активности и сопряжена с изменениями мозгового кровообращения. Конкретные проявления этой связи изучены недостаточно, хотя сопоставление показателей ЭЭГ, регионального мозгового кровотока, цир-куляторной и метаболической гипоксии имеют важное значение [1, 4, 6, 7]. Не менее значимы исследования сверхмедленных физиологических процессов, которые отражают уровень энергопотребления нервных клеток [7, 8].
Цель исследования - регистрация и изучение динамики функциональных показателей центральной нервной системы (ЦНС) в условиях внешней управляемой среды.
Задачи исследования:
1. Изучить динамику электрофизиологических показателей различных структур головного мозга при занятиях в условиях внешней управляемой среды.
2. Изучить влияние физической нагрузки на ин-тегративную деятельность сенсомоторной зоны коры головного мозга при занятиях в условиях внешней управляемой среды.
Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые исследована динамика физиологических параметров организма в процессе сопряженного развития умственных и физических способностей человека в условиях внешней управляемой среды. Получены новые данные отражающие процессы адаптации различных структур головного мозга в экспериментальных условиях.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что полученные результаты позволят научно обоснованно организовать в школах занятия физической культурой, обеспечивающих сопряженное развитие физических и умственных способностей, а также процесс реабилитации больных детей и детей с ограниченными возможностями.
Объектом исследований являлись школьники, выполнявшие физическую и умственную нагрузку в условиях внешней управляемой среды.
Предмет исследования - динамика функциональных показателей ЦНС человека при сопряженном развитии умственных и физических способностей в условиях внешней управляемой среды.
Для выполнения исследования использовались следующие методы и методики исследования:
- анализ литературных источников;
- регистрация ритмов ЭЭГ с помощью компьютерного комплекса.
- комплексная оценка регистрируемых результатов исследования медико-биологических параметров с помощью компьютерного комплекса;
- компьютеризованный комплекс «Мотив 3»;
- пакет прикладных программ.
Комплекс компьютерной регистрация ритмов
ЭЭГ включает в себя:
- энцефалограф «Компакт-нейро 6»;
- электроды электроэнцефалографические ЭлСПЭГ-2 и устройство их фиксации.
Экспериментальные исследования статокине-тических функций организма проводились при помощи «Стабилоанализатора компьютерного КСК-123» (стабилоплатформы), разработанного в Таганрогском радиотехническом университете в ОКБ «Ритм». Принцип действия стабилоанализа-тора основан на фиксации динамики изменения координат центра давления человека, стоящего на платформе стабилоанализатора (стабилоплат-форме).
Рис. 1. Картирование всех ритмов в начале эксперимента
Нами были отобраны следующие статокине-тические методики:
1. Методика «Стабилографическая проба».
2. Методика «Стабилографическая проба Ром-берга».
3. Методика «Оптокинетическая проба».
Условия внешней управляемой среды создавались компьютеризованным комплексом «Мотив 3», разработанным в УНЛ «Биотехника». Комплекс позволяет, сопряжено развивать умственные и физические способности человека в процессе одновременного выполнения интеллектуальных и физических заданий. В комплекс входит персональный компьютер, с программным обеспечением и велотренажер, конструкция которого позволяет выполнять задания, отображаемые на дисплее компьютера.
Для обработки полученных результатов исследований применялись статистические методы, заложенные в программное обеспечение используемых комплексов.
Применявшиеся нами современные методы компьютерного анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ) позволили существенно ускорить и качественно улучшить обследования, не предъявляя завышенных требований к квалификации экспериментаторов.
Исследованы корреляты неосознанного внимания, т. н. феномена негативности рассогласования - непроизвольное переключение внимания к девиантным (не несущим учебную информацию) стимулам. Проведены исследования негативности рассогласования при совместной умственной и физической работе в эксперименте.
Первый, обнаруженный нами, паттерн активаций расположен в верхневисочных отделах (слуховой коре) обоих полушарий (рис. 1). Более выраженная активация присутствовала в правом полушарии, что соответствует известным электрофизиологическим данным.
Второй паттерн - активации лобной доли, причем они присутствовали как при стимуляции только девиантными, так при сочетании стандартных и девиантных стимулов. В лобной доле имелись фокусы префронтальной активации, а также в области средней и верхней лобной извилин. Также отмечались активации передних отделов поясной извилины и билатеральные активации задних теменных областей. Активации лобной доли, скорее всего, лежат в основе сознательной уверенности субъекта в изменении стимула, который уже был неосознанно выделен функциональными ценрами обоих полушарий (рис. 2).
Рис. 2. Картирование результатов исследований ЭЭГ при выполнении тестов на удерживание внимания тестируемого
Рис. 3. Картирование результатов исследований ЭЭГ детей с отставанием в развитии при выполнении заданий
Рис. 4. Проба на устойчивость
Такая роль лобной доли как структуры, обеспечивающей переключение внимания, подтверждается выраженными паттернами активаций, которые вызываются девиантными тонами, когда их предъявляют в чистом виде с относительно длинными, нерегулярными интервалами. Активации передних отделов поясной извилины и теменной коры могут включаться в мозговые механизмы переключения внимания. Таким образом, были выявлены паттерны мозговых активаций, отражающие механизмы, с помощью которых девиантные слуховые и зрительные стимулы вызывают непроизвольное переключение внимания.
Если механизмы внимания нарушаются, как в зарегистрированных нами случаях (рис. 3), то можно говорить о болезни.
Наблюдаемые негативные показатели отмечается у 4-7 % школьников.
Следующие исследования были посвящены изучению показателей сенсомоторной зоны коры головного мозга.
Поскольку в управлении движениями принимают участие многие отделы ЦНС, нарушения координации движений могут быть использованы
в целях диагностики. Они проявляются нарушениями устойчивости при стоянии и ходьбе, асимметрией движений правой и левой стороны, нарушением точности движений, снижением силы и уменьшением скорости. Методы, используемые в физиологии движений, позволяют получать количественную оценку нарушений мышечного тонуса (гипотония, ригидность), скорости движений (брадикинезия) и их точности (атаксия), характеристики гиперкинезов и др.
Результаты стабилографической пробы показывают улучшение работы вестибулярного аппарата испытуемых (рис. 4).
Аналогичные предыдущим, по направленности, показатели регистрировались нами и для методики «Стабилографическая проба Ромберга» (рис. 5). Нас интересовали такие параметры, как площадь и длина статокинезиграммы, а также средний радиус отклонения от центра давления.
Полученные результаты были обработаны стандартными статистическими методами; при интерпретации основных статистик нами был сделан вывод о высокой достоверности различия первоначальных и конечных параметров.
Рис. 5. Стабилографическая проба Ромберга
Таблица
Показатели вестибулярной устойчивости при занятиях в условиях внешней управляемой среды
Регистрируемый При открытых глазах При закрытых глазах
параметр М±т М±т
длина статокинезиграммы (мм) 233.84±11.37 274.27±9.86
площадь статокинезиграммы (мм2) 324.10±12.08 384.42±12.67
средний радиус отклонения (мм) 3.21±0.52 4.95±0.38
Следующий этап включал в себя обследование на стабилографической платформе с применением методики «Оптокинетическая проба».
Испытуемым на первом этапе предлагалось просто стоять в удобной позе на стабилоплатформе, глядя при этом на монитор компьютера. В этот момент монитор был «залит» сплошным зеленым цветом, исключалось мигание, изменение яркости и контрастности поля. По прошествии времени, достаточного для регистрации основных стато-кинетических параметров (30 сек.) нами в память компьютера производилась соответствующая запись.
На втором этапе эксперимента при прочих равных условиях, перед глазами испытуемых на экране начинали проходить вправо равные черные и белые полосы. При статистической обработке результатов, выяснилось, что наибольшим изменениям в этом случае подвержен такой показатель, как средний радиус отклонения центра давления (рис. 6).
Третий этап эксперимента отличался от предыдущего только направлением движения черно-белых полос: в этом случае полосы двигались в обратную сторону, т.е. влево. И на этот раз макси-
Рис. 6. Оптокинетическая проба
мальные изменения претерпел средний радиус отклонения от центра давления (рис. 6).
На четвертом этапе испытуемым было предложено наблюдать на экране перемещение тех же черно-белых полос, проходящих вверх. Здесь мы уже наблюдали немного другую картину: наряду с изменениями среднего радиуса отклонения от центра давления, имевшего место в двух предыдущих опытах, наблюдается изменение и в средней скорости перемещения центра давления (рис. 4).
На последнем этапе испытуемые, стоя на ста-билографической платформе наблюдали перемещение полос на экране, направленное вниз. На фоне все возрастающего увеличения площади статокинезиграммы увеличивалась и средняя скорость перемещения центра давления на опору (рис. 6).
Таким образом, регистрация пространственных и временных характеристик движений с их количественным представлением дает возможность оценить степень двигательных
расстройств при различных заболеваниях, ход восстановления двигательных функций, предложить эффективные методы двигательной реабилитации.
В результате проведенных исследований установлено, что в процессе формирования состояния адаптации к экспериментальным условиям внешней управляемой среды происходит термодинамическое согласование ритмов энергопродукции и энергопотребления в нервных клетках. При этом о ритмах энергопродукции мы судили в основном по флуктуациям медленных волн ЭКГ, а показателем ритмов энергопотребления служила динамика высокочастотной активности нервных клеток.
Изученная динамика электрофизиологических показателей различных структур головного мозга свидетельствует об эффективном, сопряженном развитии умственных и физических способностей в условиях внешней управляемой среды.
Работа выполнена в рамках государственного задания КБГУ на 2017 год (код № 54).
ЛИТЕРАТУРА
1. Агаджанян Н. А., Дворжак И., Моравиц М. М. Изменение ЭЭГ и поведенческих реакций при различных уровнях гипоксии // Высш. нервн. деят. 1971. Т. 21. № 1. С. 177-182.
2. Алферова В. В. Особенности взаимодействия коры и подкорковых структур мозга у мальчиков на начальных стадиях полового созревания // Половое развитие мальчиков. М.: Педагогика,1985. С. 15-22.
3. Апанасионок В. С. Динамика пространственных отношений фаз доминирующих колебаний биопотенциалов головного мозга у детей и взрослых // Физиология человека. 1976. Т. 2. № 1. С. 100.
4. Благосклонова Н. К., Новикова Л. А. Детская клиническая электроэнцефалография. М.: Медицина,1994. - 202 с.
5. БурыхЭ. А. Формирование пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга у детей в различных частотных диапазонах ЭЭГ: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. СПб., 1998. -17 с.
6. Гутман А. М. Биофизика внеклеточных полей мозга. М.: Наука,1980. - 210 с.
7. Жирмунская Е. А., Гончарова И. И. Интерпретация экспертной классификации ЭЭГ человека в терминах машинного анализа // Физиология человека. 1990. Т. 16. № 2. С. 31-40.
8. Илюхина В. А. Сверхмедленные физиологические процессы в патофизиологии и клинике (теоретические и прикладные аспекты) // Клиническая медицина и патофизиология. 1996. № 3. С. 45-58.
9. МачинскаяР. И. Динамика электрической активности мозга у детей 5-8-летнего возраста в норме и при трудностях обучения // Физиология человека. 1997. Т. 23. № 5. С. 5-11.
10. Новикова Л. А. ЭЭГ детей и подростков в норме / В кн.: Детская клиническая электроэнцефалография. М.: Медицина,1994. С. 29-54.
11. ФарберД. А. Принципы системной структурно-функциональной организации мозга и основные этапы ее формирования // Структурно-функциональная организация развивающегося мозга. Л.: Наука,1990. С. 168.
