CC BY
10DOI: 10.12737/ 24380
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ ДИНАМИКИ ПАРАМЕТРОВ НЕРВНО-МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Ю.В. БАШКАТОВА, А.А. ПРАСОЛОВА, Л.С. СОРОКИНА, Н.А.ЧЕРНИКОВ
БУ ВО Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Сургутский государственный университет», проспект Ленина, 1, г. Сургут, 628412, Россия, тел.: +79224078761,
e-mail: yuliya-bashkatova@yandex.ru
Аннотация. На основе математической статистики изучалась динамика поведенияпара-метров нервно-мышечной системыодного человека при 15-ти повторах измеренийв ответ на дозированную физическую нагрузку. Прослеживается динамика уменьшения числа пар совпадений выборок после физической нагрузки в матрицах парных сравнений. На основании изучения матриц парных сравнений теппинграмм и треморограмм установлено, что доля стохастики при повторах однотипных измерений может нарастать. В результате проведенного исследования параметров функциональных систем организма человека на основе расчета матриц парных сравнений были показаны выборки, последовательность которых очень редко «совпадала». Установлено, чтовыборки теппинграмм и треморограмм редко можно отнести к одной генеральной совокупности. Расчет матриц парных сравнений выборок показал, что в 85-96% случаев эти пары выборок будут разными. Матрицы неповторимы и невоспроизводимы.
Ключевые слова: теппинг, тремор, физические нагрузки, нервно-мышечной система.
THE UNCERTAINTY OF DYNAMIC PARAMETERS OF THE CARDIOVASCULAR
AND NEUROMUSCULAR SYSTEM
YU.V. BASHKATOVA,A.A. PRASOLOVA, L.S. SOROKINA,N.A.CHERNIKOV
Surgut State University, Lenina, 1, Surgut, 628412, Russia, Phone: +79224078761,
e-mail: yuliya-bashkatova@yandex.ru
Abstract.On the basis of mathematical statistics the dynamics of the behavior of parameters of the neuromuscular systems of the 15 repetitions of the measurement in response to the dosed physical load. Dynamics of reducing the number of pairs of matching samples after exercise in matrices of pair wise comparisons. Based on the study of matrices of pair wise comparisons of teppi-gram and tremorogram found that the proportion of stochastics in the repetition of similar measurements can grow. As a result of the investigation of the parameters of the functional systems of the human body based on the calculation of matrices of pair wise comparisons were shown of the sample, the sequence of which very rarely "match". It is established that the sample of teppigram and tremorogram rarely can be attributed to a single population. Calculation of matrices of pair wise comparisons of the samples showed that in 85-96% of cases these pairs of samples will be different. Matrix is unique and may not be playable.
Key words:tapping, tremor, exercise, neuromuscular system.
Введение. Изучение функционального состояния организма человека, а также степени физической подготовленности представляет особый интерес в рамках теории хаоса и самоорганизации, что позволяет прогнозировать их возможные изменения и получать важную информацию о те-
кущей динамике исследуемых функций [713,17-18]. Исследования показывают, что именно нарушения в нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем и отражают наиболее ранние метаболические и гемоди-намические сдвиги, являются фактором, предопределяющим характер изменений
работоспособности и степень выраженности изменений в состоянии здоровья [8,1518]. Кратковременные воздействия физических дозированных нагрузок на организм человека направлены на самосохранение, а после освобождения организма от физических дозированных нагрузок происходит восстановление гомеостаза.
Изучение вегетативных и моторных функций под влиянием дозированной физической нагрузки (как внешнее управляющее воздействие), является необходимым условием для выявления текущего функционального состояния человека [59,15-18]. Появляется возможность прогнозировать возможные изменения в параметрах нервно-мышечной системы [1-7,13-18].
Цель работы - оценка динамики поведения функциональных систем организма человека в ответ на дозированную физическую нагрузку расчетом матриц парного сравнения.
Объекты и методы исследования. Объектом настоящего исследования явился испытуемый БУ ВО «Сургутский государственный университет», проживающий на территории округа более 5 лет.
Регистрация параметров тремора осуществлялась с помощью биофизического измерительного комплекса, разработанного в лаборатории биокибернетики и биофизики сложных систем при СурГУ. Установка включает металлическую пластинку
(крепится жестко к пальцу испытуемого), токовихревой датчик, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер с оригинальным программным обеспечением. В качестве фазовых координат, помимо координаты ху =х(^ перемещения, использовалась координата скорости перемещения пальца х2 =у(<) =дх ¡Ш.
Испытуемый проходил испытание в состоянии покоя и после выполнения динамической нагрузки. Перед испытуемым стояла задача удержать палец в пределах заданной области, осознанно контролируя его неподвижность. Обработка данных и регистрация тремора конечности испытуемого проводилась на ЭВМ с использованием программы С помощью этой программы осуществлялся анализ данных по временным и спектральным характеристикам кинематограмм у тренированных и нетренированных испытуемых, в низко-, средне- и высокочастотном диапазонах.
Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи программного пакета «^айзИса 10». Анализ соответствия вида распределения полученных данных закону нормального распределения производился на основе вычисления критерия Колмогорова-Смирнова. Дальнейшие исследования в зависимости от распределения производились методами параметрической и непараметрической статистики (критерий Стьюдента, Вилкоксона).
Таблица 1
Матрица парного сравнения теппинграмм испытуемого БЮВ (число повторов Л^=15), использовался критерий Вилкоксона (значимость ^>0,05, число совпадений А=17) до нагрузки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0,36 0,43 0,00 0,00 0,47 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,92 0,00 0,00 0,00
2 0,36 0,48 0,00 0,08 0,69 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,00 0,00
3 0,43 0,48 0,00 0,16 0,98 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,29 0,00 0,00 0,00
4 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
5 0,00 0,08 0,16 0,00 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
6 0,47 0,69 0,98 0,00 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00
7 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,78 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,89 0,00
8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,78 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,57 0,00
9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,70 0,00 0,00 0,00 0,00
11 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,70 0,00 0,00 0,00 0,01
12 0,92 0,35 0,29 0,00 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,89 0,57 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
15 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00
Результаты и их обсуждение. Для набора выборок, получаемых от одного человека при регистрации тремора и теппингабыли построены матрицы парного сравнения, что наглядно представлено в табл. 1,2.
Почти все статистические функций состояний /(.х) у одного человека при повторных (подряд) измерениях параметров х(1) были разными.
После физической нагрузки при регистрации тремора и теппинга наблюдалось незначительное уменьшение пар совпадения полученных
выборок. Мыполучили последовательность выборок, которые очень редко «совпадают», т.е. их редко можно отнести к одной
генеральной совокупности, что и представлено для теппинграмм и треморо-грамм одного человека при 15-ти повторах измерений. В табл. 1,2 обычно все выборки разные. Использовать методы на основе математической статистики в разовом испытании для изучения динамики поведения параметров нервно-мышечной системы весьма затруднительно. Нет устойчивых повторений функций распределения /(х).
Установлено, что при регистрации треморограммыи теппинграммы подряд у одного и того же человека для любых интервалов времени регистрации будут свои (индивидуальные) наборы функций /(х). В редких случаях они могут совпадать статистически. Имеется неопределенность 2-го типа при изучении их динамики поведения, когда при регистрации х$) для всего х(Х) мы наблюдалимногообразие изменений статистических функций состояний /(х). Характерный пример таких хаотических изменений /(х) представлен в табл. 1 ,2.
В табл. 2 мы представляем матрицу парного сравнения 15-ти выборок (треморо-грамм - положение пальца испытуемого при постуральном треморе), которые получаются за 5 сек. регистрации для тремора одного
испытуемого (регистрация этих15-ти выборок производилась подряд, в спокойном состоянии). Небольшое число пар совпадения выборок (к=5), которые демонстрируют возможность их отнесения (р>0,05) к общей генеральной совокупности. Остальные пары выборок разные (от одного человека).
Любая матрица вида табл. 1,2 неповторима и невоспроизводима. Такие матрицы для одного испытуемого неповторимы. Имеются также и некоторые закономерности. Например, после физической нагрузки для теппинга наблюдалось уменьшение числа пар «совпадений» и составило (9% к=10) из 105 пар сравнения. Для тремора число пар «совпадений» незначительно уменьшилось после дозированной нагрузки и составило 4% к=4. Расчёт матриц парных сравнений выборок треморограмм и теппинграмм, полученных в экспериментах при регист-рациях подряд 15-ти выборок от одного испытуемого (находящегося в одном го-меостазе) всегда показывает число пар совпадений менее 20%.
Заключение. Дозированная физическая нагрузка изменяет значения параметров нервно-мышечной системы об этом свидетельствуютизменение количества пар совпадений выборок матриц парного сравнения. Значение к после физической нагрузки незначительно уменьшается для треморограмм и теппинграмм у одного и того же человека. Расчет матриц парных сравнений выборок показал, что в 4-15% случаев мы получили некоторые пары выборок, которые можно отнести к одной генеральной совокупности, а в 85-96% эти пары будут разными. Это позволяет объективно оценивать динамику параметров нервно-мышечной системы, последовательность выборок которых очень редко «совпадают». Невозможен прогноз динамики на основе анализа предыдущих состояний и начального значения х(10). Только при
Таблица 2
Матрица парного сравнения треморограмм испытуемого БЮВ (число повторов Л^=15), использовался критерий Вилкоксона (значимость ^>0,05, число совпадений к=5) до нагрузки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,00 0,00 0,00
3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,22 0,00 0,00 0,00
4 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
6 0,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
7 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,41 0,00
8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,06 0,00 0,00
10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
11 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
12 0,00 0,56 0,22 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,41 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
15 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
условии искусственного создания человеком внешних управляющих (например, дозированная физическая нагрузка) воздейст-
вий возможно попытаться сделать прогноз в динамике поведения параметров нервно-мышечной системы.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ№15-41-00034р_урал_а «Разработка новых информационных моделей и вычислительных алгоритмов для идентификации параметров порядка в описании и прогнозах сложных
медико-биологических систем»
Литература
1. Веракса А.Н., Филатова Д.Ю., Поски-на Т.Ю., Клюс Л.Г. Термодинамика в эффекте Еськова - Зинченко при изучении стационарных состояний сложных биомедицинских систем // Вестник новых медицинских технологий. 2016. Т. 23, №2. С. 18-25.
2. Вохмина Ю.В., Бурыкин Ю.Г., Филатова Д.Ю., Шумилов С.П. Стохастические и хаотические оценки непроизвольных движений человека // Вестник новых медицинских технологий. 2014. Т. 21, № 2. С. 10-15.
3. Гавриленко Т.В., Вохмина Ю.В., Зимин М.И., Попов Ю.М. Математические основы глобальной нестабильности биосистем // Сложность. Разум. Постнеклассика.
2014. № 1. С. 49-62.
4. Гавриленко Т.В., Майстренко Е.В., Горбунов Д.В., Черников Н.А., Берестин Д.К. Влияние статической нагрузки мышц на параметры энтропии электромиограмм // Вестник новых медицинских технологий.
2015. Т. 22, № 4. С. 7-12.
5. Еськов В.В., Горбунов Д.В., Григоренко В.В., Шадрин Г.А. Анализ миограмм с позиций стохастики и теории хаоса - самоорганизации // Вестник новых медицинских технологий. 2015. Т. 22, № 2. С. 32-38.
6. Еськов В.В., Филатов М.А., Филатова Д.Ю., Прасолова А.А. Границы детерминизма и стохастики в изучении биосистем - complexity // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2016. №1. С. 83-91.
7. Еськов В.М., Попов Ю.М., Вохмина Ю.В. Синергетика - завершающая стадия развития общей теории систем (ОТС) // Слож-
References
Veraksa AN, Filatova DYu, Poskina TYu, Klyus LG. Termodinamika v effekte Es'kova - Zin-chenko pri izuchenii statsionarnykh sostoyaniy slozhnykh biomeditsinskikh sistem [Thermodynamics in the effect Of eskova - Zinchenko during the study of the steady states of the complex biomedical systems]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhno-logiy. 2016;23(2): 18-25. Russian. Vokhmina YuV, Burykin YuG, Filatova DYu, Shumilov SP. Stokhasticheskie i khaoticheskie ot-senki neproizvol'nykh dvizheniy cheloveka [Stochastic and chaotic assessment of human involuntary movements]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2014;21(2):10-5. Russian. Gavrilenko TV, Vokhmina YuV, Zimin MI, Popov YuM. Matematicheskie osnovy global'noy nesta-bil'nosti biosistem [The mathematical bases of the global instability of the biosystems]. Slozhnost'. Razum. Postneklassika. 2014;1:49-62. Russian. Gavrilenko TV, Maystrenko EV, Gorbunov DV, Chernikov NA, Berestin DK. Vliyanie staticheskoy nagruzki myshts na parametry entropii elektromio-gramm [Thermodynamic method in analyzing the parameters bioelectrical muscles at different static loads]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2015;22(4):7-12. Russian.
Es'kov VV, Gorbunov DV, Grigorenko VV, Sha-drin GA. Analiz miogramm s pozitsiy stokhastiki i teorii khaosa - samoorganizatsii [Analysis of myo-grams acording to the stochastics and the chaos theory - self-organization]. Vestnik novykh medit-sinskikh tekhnologiy. 2015;22(2):32-8. Russian. Es'kov VV, Filatov MA, Filatova DYu, Prasolo-va AA. Granitsy determinizma i stokhastiki v izu-chenii biosistem - complexity [The boundaries of determinism and statistics in the study of ecosystems - complexity]. Slozhnost'. Razum. Postneklassika. 2016;1:83-91. Russian. Es'kov VM, Popov YuM, Vokhmina YuV. Sinerge-tika - zavershayushchaya stadiya razvitiya obsh-chey teorii sistem (OTS) [Synergetics is - the com-
ность. Разум. Постнеклассика. 2013. № 2. С.29-41.
8. Еськов В.М., Филатова О.Е. Другой мир, другая наук, другие модели в описании complexity // Вестник новых медицинских технологий. 2014. Т. 21, № 1. С. 138-141.
9. Еськов В.М., Хадарцев А.А., Козлова В.В., Филатова О.Е. Использование статистических методов и методов многомерных фазовых пространств при оценке хаотической динамики параметров нервно-мышечной системы человека в условиях акустических воздействий // Вестник новых медицинских технологий. 2014. Т. 21, № 2. С. 6-10.
10. Еськов В.М., Еськов В.В., Джумагалие-ва Л.Б., Гудкова С.В. Медицина и теория хаоса в описании единичного и случайного // Вестник новых медицинских технологий. 2014. Т. 21, № 3. С. 27-34.
11. Еськов В.М., Полухин В.В., Дерпак В.Ю., Пашнин А.С. Математическое моделирование непроизвольных движений в норме и при патологии // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2015. № 2. С. 75-86.
12. Еськов В.М., Вохмина Ю.В., Шерстюк ЕС. Групповая и индивидуальная динамика биопотенциалов мышц // Вестник новых медицинских технологий. 2016. Т. 23, №2. С. 26-33.
13. Еськов В.М., Зинченко Ю.П., Филатова О.Е., Веракса А.Н. Биофизические проблемы в организации движенй с позиций теории хаоса - самоорганизации // Вестник новых медицинских технологий. 2016. Т. 23, №2. С. 182-188.
14. Филатов М.А., Веракса А.Н., Филатова Д.Ю., Поскина Т.Ю. Понятие произвольных движений с позиций эффекта Еськова-Зинченко в психофизиологии движений // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2016. №1. С. 24-32.
15. Филатова Д.Ю., Вохмина Ю.В., Гараева Г.Р., Синенко Д.В., Третьяков С.А. Неопределенность 1-го рода в восстановительной медицине // Вестник новых медицинских технологий. 2015. Т. 22, № 1. С. 136143.
16. Филатова Д.Ю., Поскина Т.Ю., Алиев
pleting stage of the development of the general theory of systems (Oates)]. Slozhnost'. Razum. Postneklassika. 2013;2:29-41. Russian. Es'kov VM, Filatova OE. Drugoy mir, drugaya nauk, drugie modeli v opisanii complexity [Other world, other science, other models in complexity descreaption]. Vestnik novykh meditsinskikh tekh-nologiy. 2014;21(1): 138-41. Russian. Es'kov VM, Khadartsev AA, Kozlova VV, Filatova OE. Ispol'zovanie statisticheskikh metodov i metodov mnogomernykh fazovykh prostranstv pri otsenke khao-ticheskoy dinamiki parametrov nervno-myshechnoy sistemy cheloveka v usloviyakh akusticheskikh vozdeystviy. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2014;21(2):6-10. Russian.
Es'kov VM, Es'kov VV, Dzhumagalieva LB, Gudkova SV. Meditsina i teoriya khaosa v opisanii edi-nichnogo i sluchaynogo [Medicine and the chaos theory in description of individual and particular]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2014;21(3):27-34. Russian.
Es'kov VM, Polukhin VV, Der-pak VYu, Pashnin AS. Matematicheskoe mode-lirovanie neproiz-vol'nykh dvizheniy v norme i pri patologii. Slozhnost'. Razum. Postneklassika. 2015;2:75-86. Russian.
Es'kov VM, Vokhmina YuV, Sherstyuk ES. Grup-povaya i individual'naya dinamika biopotentsialov myshts [Group and individual dynamics of the biopotentials of the muscles]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2016;23(2):26-33. Russian. Еськов ВМ, Зинченко ЮП, Филатова ОЕ, Верак-са АН. Биофизические проблемы в организации движенй с позиций теории хаоса - самоорганизации [Biophysical problems in the organization of dvizheny from the positions of the theory of chaos -of self-organizing]. Вестник новых медицинских технологий. 2016;23(2):182-8. Russian. Filatov MA, Veraksa AN, Filatova DYu, Poski-na TYu. Ponyatie proizvol'nykh dvizheniy s pozit-siy effekta Es'kova-Zinchenko v psikhofiziologii dvizheniy [The concept of voluntary movements with positions Eskova-Zinchenko effect in psycho-physiology of movements]. Slozhnost'. Razum. Postneklassika. 2016;1:24-32. Russian. Filatova DYu, Vokhmina YuV, Garaeva GR, Si-nenko DV, Tret'yakov SA. Neopredelennost' 1-go roda v vosstanovitel'noy meditsine [Uncertainty of the 1-st kind in regenerative medicine]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2015;22(1): 13643. Russian.
Filatova DYu, Poskina TYu, Aliev NSh, Klyus LG.
Н.Ш., Клюс Л.Г. Хаотический анализ биопотенциалов // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2016. № 2. С. 19-26.
17. Филатова О.Е., Еськов В.В., Вохмина Ю.В., Зимин М.И. Принцип относительности покоя и движения гомеостатических систем или является ли биомеханика разделом физической механики и термодинамики? // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2015. №3. С. 66-76.
18. Филатова О.Е., Хадарцева К.А., Филатова Д.Ю., Живаева Н.В. Биофизика сложных систем - complexity // Вестник новых медицинских технологий. 2016. Т. 23, №2. С. 9-17.
Khaoticheskiy analiz biopotentsialov [Chaotic analysis of the biopotentials]. Slozhnost'. Razum. Post-neklassika. 2016;2:19-26. Russian. Filatova OE, Es'kov VV, Vokhmina YuV, Zimin MI. Printsip otnositel'nosti pokoya i dvizhe-niya gomeostaticheskikh sistem ili yavlyaetsya li bio-mekhanika razdelom fizicheskoy mekhaniki i ter-modinamiki? [The law of relativity of rest and motion of homeostatic systems or is biomechanics the division of physical mechanics and thermodynamics?]. Slozh-nost'. Razum. Postneklassika. 2015;3:66-76. Russian.
Filatova OE, Khadartseva KA, Filatova DYu, Zhi-vaeva NV. Biofizika slozhnykh sistem - complexity [Biophysics of the complex systems - complexity]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnolo-giy. 2016;23(2):9-17. Russian.
