Оптические фононы и электромагнитные волны терагерцового диапазона в нейронных структурах Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 577.3

Е.К.Галанов

д.т.н.. ПГУПС г. С-Петербург, РФ E-mail:galanov-evgenijj@rambler.ru

ОПТИЧЕСКИЕ ФОНОНЫ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА В НЕЙРОННЫХ СТРУКТУРАХ

Аннотация

Исследованы внутренние решёточные колебания кристаллической решётки мембраны нейрона, определяемые веерными колебаниями полярных «головок» липидов. Спектр этих внутренних решёточных колебаний определяется динамическими параметрами полярных «головок» в молекуле липида и диполь-дипольным взаимодействием полярных «головок» в кристаллической решётке мембраны. Показано, что неравновесное заполнение энергетических зон веерных колебаний полярных «головок» липидов обусловлено , в частности, синапсами. Рассмотрено энергетическое состояние мембраны в случае химического синапса - влияние заряда и дипольного момента медиатора на заполнение энергетических зон веерных колебаний липидов и мембранный потенциал. Неравновесная энергия веерных колебаний липидов мембраны трансформируется в энергию оптических фононов мембраны и энергию электромагнитного излучения в диапазоне h•v « 50—120ст-1 . Рассмотрено поглощение электромагнитного излучения h•v « 50—120ст-1 мембранами нейронов и глиальных клеток, белковыми структурами и водой. Показано, что в случае нейронных структур серого вещества мозга, ограниченных структурами белого вещества мозга, которые служат экраном от электромагнитного излучения X « 80—200мкм, в результате электромагнитного взаимодействия нейронов формируется средняя частота собственных потенциалов действия этих нейронов. Показано, что нейронные структуры, имеющие усреднённую частоту собственных потенциалов действия, могут выполнять функции пейсмекерных структур, управляя работой других систем.

Ключевые слова

Оптические фононы мембраны нейрона, частота собственных потенциалов действия нейронов, неравновесное излучение мембраны, электромагнитное взаимодействие нейронов.

Введение. Для распространения фононов (особенно высочастотных) на достаточно большие расстояния и с высокой групповой скоростью Vg ( Vg = 1 , к=2п , где Е и X энергия и длина волны

/1 иК Л

фонона) , т.е. без существенного рассеяния и поглощения твёрдотельная или жидкокристаллическая среды должны обладать трансляционной симметрией ( хотя бы в некотором ограниченном пространстве).

Как известно, нейронная среда центральной нервной системы ( ЦНС ) позвоночных представляет собой структурированное пространство, состоящее из органических молекул ( «20% ) и воды ( «80% ). Из всех структурных элементов ЦНС и, прежде всего, нейронов и глиальных клеток лишь каркас мембран этих клеток, образованный липидными молекулами ( «70% ), обладает высокой трансляционной симметрией.

Каждая липидная молекула имеет ( 3N - 6 ) колебательных степеней свободы ( N«50 -60 - число атомов в молекуле ). В кристаллической решётке мембраны каждое колебательное состояние Е1 молекулы липида в результате взаимодействия этих молекул образует энергетическую зону Ецс (к -волновой вектор 1-го колебания). Ширина каждой фононной зоны ДЕ^ и скорость распространения

фононов 'Vg = 1 д^ зависят от энергии взаимодействия соседних молекул. В случае липидной решётки наиболее сильное взаимодействие между молекулами определяется диполь-дипольным взаимодействием полярных «головок» липидов. Оператор этого диполь-дипольного взаимодействия имеет вид [ 1 ]

^(РгпРтт ) =■

(Р,пРт )(Гпт ) " 3(Р,пГп )(Р ,тГт )

(Гпт ) ( 1 )

где Рпп, Ртт - операторы дипольных моментов ангармонических осцилляторов п и т ( т

=п±1), г - радиус вектор,

Собственные значения оператора W(pmPlm) определяются величинами диполей колебательных состояний < рт> , < рт> и расстоянием между диполями Гщп . Величины диполей веерных колебаний полярных «головок» липидов ( изменение ориентации диполей полярных «головок» относительно нормали к плоскости мембраны) на порядок -два превышают соответствующие величины других колебаний молекул.

В работе [ 2 ] представлен расчёт спектра оптических фононов веерного типа ( рис. 1 ) модельной мембраны нейрона , составленной из молекул фосфатидилхолина. С изменением заселённости зон оптических фононов связано образование дополнительного электростатического поля мембраны [ 2] и возможность фазового перехода липидной мембраны под действием этого поля. Необходимо отметить, что перевод молекул липидов в возбуждённые состояния 1 > 1 ( рис. 1 ) может обуславливаться не только температурой, но и взаимодействием с молекулами - медиаторами при синапсе.

Рисунок 1 - Зонная структура фононных состояний 1=0,1,2^6 модельной мембраны, образованной молекулами фосфатидилхолина. Энергия колебательных состояний отсчитывается от основного электронного состояния, величина которого принята равной (-5эв = 5000см-1 ).

1. В мембране нейрона полярная «головка» любой липидной молекулы ориентирована таким образом, что её положительный заряд (фрагмент азотистого основания ) оказывается наиболее удалённым ( в радиальном направлении ) от плоскости мембраны.

При химическом синапсе медиаторы рассеиваются пресинаптической мембраной и взаимодействуют с рецепторами постсинаптической мембраны нейрона (Рис.2). Значительная часть медиаторов

~ 19 ~

взаимодействует также с полярными «головками» липидной мембраны нейрона и, прежде всего, с их положительным зарядом, вызывая его радиальное отклонение, и следовательно переориентацию вектора диполя полярной «головки» . В работе [ 2 ] показано, что при температуре 315 К вероятности заполнения уровней веерных колебаний полярных «головок» имеют значения: N0 = 1 (заселённость основного уровня принята за 100% ), N1 = 0,633 , N2 = 0,4016,..., N6 = 0,067. Величина энергии перехода между квантовыми уровнями 1 = 0 ^ 1 = 1 принята равной ЛЕ01 = 100см-1 . При взаимодействии полярной «головки» липидной молекулы с медиатором происходит перераспределение ( равновесного при данной температуре ) заполнения колебательных состояний, которое определяется знаком электрического заряда медиатора или расположением дипольного элемента в структуре медиатора.

Рисунок 2 - Схема химического синапса. 1 - молекулы - нейромедиаторы; 2 -- постсинаптический

рецептор ; 3 -- полярные «головки» липидов.

При приближении медиатора с положительным зарядом понижается общая энергия оптических фононов веерного типа и уменьшается радиальная составляющая дипольного момента полярных «головок» липидов, что приводит к деполяризации мембраны. В случае медиатора с отрицательным зарядом заселённость верхних энергетических зон 1 > 1 увеличивается. Если расстояние между отрицательным зарядом медиатора и положительным зарядом зарядом полярной «головки» достигает 1нм, то веерные осцилляторы могут переходить в возбуждённые энергетические состояния вплоть до N10 ( 1 = 10 ). Увеличивается радиальная составляющая дипольного момента полярных «головок» липидов наружного бислоя мембраны ; происходит гиперполяризация мембраны клетки.

Рассмотрим распространение этого возбуждения - оптического фонона веерного типа полярных «головок» липидов в кристаллической липидной решётке мембраны. Возьмём мембрану в виде плоскости. Гамильтониан системы N осцилляторов мембраны с учётом диполь-дипольного взаимодействия ближайших соседей имеет вид

Щг ,Ф)=Еп=1 Ни + "^±1 ( 2 )

где Нп - гамильтониан изолированной п-молекулы, Wn,n±l - оператор диполь-дипольного взаимодействия.

Волновые функции стационарных состояний такой системы в нулевом приближении имеют вид

Уы(г + п)= ^пЛА1 е^(г + п) ( 3 )

где i- номер колебательной ветви, n - вектор решётки n = niar + ш^ф ( ar и аф - базисные векторы решётки) , k = 2п ( + Т72-). Будем рассматривать только одну сферическую моду кф = = 1

N-a N2 я ™2Фо

В результате взаимодействия полярной «головки» с медиатором происходит увеличение (или уменьшение) заселённости колебательных уровней i > 1 молекул (в момент времени to на ограниченной площади мембраны S= лто2 ( Го ~ 5—10нм )). Такое состояние описывается волновым пакетом

V*(r, t) = f ™ Ai (к) exp(kr - ^ ) dk ( 4 )

где Лк= , Ai,k = ih(na-r) * <p(r - па)

„ • „ v „ 1 dEi к

Фононное возмущение распространяется в каждой из i- ветвей с групповой скоростью Vg =

2п

. В пределах волновых векторов к= 0—— (a - расстояние между соседними полярными «головками» липидов ) групповая скорость имеет значения Vg « 0—104 м/с [ 2 ]. Если в момент времени to возмущением охвачена область , определяемая радиусом Го , то к моменту времени ( to + т) радиус возмущения определяется соотношением

Гт = Jr<2+ ( ^¡^ ) ( 5 )

где Wn,n±l - 'энергия диполь-дипольного взаимодействия ближайших диполей.

Волновой пакет с течением времени расплывается и это расплывание -- результат распространения с разными скоростями фононных волн с разной длиной волны. При распространении возбуждения в неограниченном пространстве кристаллической решётки с течением времени сохраняются лишь фононы с бесконечной длиной волны ( - ортонормированные волновые функции) . Химические синапсы реализуются в нейронных сетях между разными структурами:аксосоматические, аксодендритные, аксо-аксонные, дендросоматические, дендродендритные синапсы. Поэтому будут различными пути прохождения рассматриваемых оптических фононов. Если медиаторы взаимодействуют с мембраной дендритов, то рождённые коротковолновые ( к « 2 п/го ) оптические фононы распространяются по мембране тонких ветвей ( d < 1мкм ) дендритного куста. Взаимодействие фононов со структурами дендритного куста проявляется в виде рассеяния волн на препятствиях ( архитектура дендритного куста; наличие шипиков, имеющих диаметр у основания d « 0,2 мкм ) и поглощения этих волн. Рассеяние фононных волн на обозначенных дендритных препятствиях обуславливает ограничение длин волн фононов X« 1мкм. Лишь в месте вхождения дендритного куста в мембрану сомы нейрона рассеяние фононных волн существенно ослабевает. Фононное возмущение , попадая в мембрану тела нейрона , имеющего пространственные размеры d « 20—100мкм, распространяется в виде более длинноволновых фононов X = 1—10мкм. Эти волны незначительно рассеиваются на таких препятствиях как рецепторы ( d « 5—6нм ) мембраны сомы. В итоге, если мембрана представляет собой совершенную сферу, то при распространении фононного возмущения длина волны этих фононов неограниченно возрастает . Эта фононная мода описывается базисной функцией представления трёхмерной группы вращения [ 3 ]

^1,к = R£ Ym ( 0,ф ) ( 6 )

где Ym ( 0,ф ) = Рт1 ехр(гтф) , I = 0 и т=0.

Практически величина длины волны оптических фононов веерных осцилляторов мембраны сомы имеет ограничение в пределах Х«5—10мкм и это ограничение -- следствие наличия в мембране сомы дендритных и аксонного входов, имеющих большие диаметры d « 2—20мкм .

~ 21 ~

Из потерь энергии фононов веерных осцилляторов мембраны следует отметить взаимодействие этих фононов с диполями воды, имеющими собственные колебательные частоты в широком терагерцовом диапазоне [ 4,5] и потери энергии (в случае неравновесного заполнения фононных зон мембраны) на излучение электромагнитных волн.

Когда приток энергии возмущения оптических фононов за счёт синапсов превышает отток этой энергии, происходит накопление энергии этого возмущения ( длинноволновых оптических фононов веерных осцилляторов ) в мембране сомы нейрона и немиелинизированном аксоном холмике и, как частный случай, достижение критического уровня деполяризации мембраны аксонного холмика. Отметим, что в работе [ 2 ] достижение критического уровня деполяризации мембраны связывается с возможностью фазового перехода липидной мембраны и изменением структурных параметров кристаллической решётки мембраны.

Оптические фононы веерного типа липидной решётки мембраны перемещаются не только в структурных элементах мембраны нейрона, но также в липидной решётке мембраны глиальных клеток. Их плотность (распределение по энергетическим зонам) определяется температурой, а также взаимодействием с медиаторами (поскольку глиальные клетки окружают нейронные синапсы) и иными ионами, концентрация которых может изменяться в окологлиальном пространстве (мембрана глии деполяризуется при повышении содержания К+ в межклеточном пространстве ).

Рапространение оптических фононов веерного типа в липидной решётке ограничено мембраной одного нейрона или мембраной одной глиальной клетки. Это ограничение обусловлено тем фактом, что между мембранами нейронов или глиальных клеток нет непосредственного контакта. Зазор между мембранами, который допускал бы межклеточное рапространение фононов, не должен превышать 0,1-0,2нм. Таких малых зазоров нет ни в случае химических синапсов (зазор 20-40нм ), электрических синапсов ( зазор 2-3нм ), ни в случае глиальных щелевых контактов (зазор 2 - 4нм ) [ 6--8 ].

2. Любая колебательная система, находящаяся в термодинамическом равновесии при некоторой температуре Т, излучает и поглощает одинаковое количество квантов электромагнитной энергии ( hvi ).

При рассмотрении веерного колебания полярной «головки» изолированной молекулы липида, энергия кванта этого колебания взята равной hv = 100cm-1 [ 1 ] ( типичный диапазон квантов энергии внутренних решёточных колебаний 30—200см-1 ). В случае кристаллической решётки, образованной молекулами липидов мембраны, энергии квантовых переходов Ei —^Ei±1 для i - зон вплоть до i = 6 охватывают диапазон AEi,i±1 я 50—120cm-1 [2 ]. Длины волн электромагнитного излучения, соответсвующие этому диапазону энергий, равны Хя 200—80мкм. При квантовых переходах закон сохранения импульса ограничивает возможные межзонные переходы условием Aki,i±1 я 0.

Если в результате возбуждения (взаимодействия с медиаторами и ионами) увеличилась заселённость верхних колебательных веерных зон Ei,k , то кристаллическая решётка липидов излучает кванты электромагнитной энергии hv = AE— -1),Ak=0 ~ 50—120cm-1 в окружающее пространство ( т.е. излучает этих квантов больше, чем поглощает ), приходя, тем самым, в термодинамическое равновесие. Если в результате взаимодействия с медиаторами (или ионами) заселённость верхних колебательных веерных зон уменьшается (в сравнении с равновесной), то такая кристаллическая решётка липидов будет поглощать кванты электромагнитного излучения термостата ( поглощать больше, чем излучать ).

Какие структуры и осцилляторы взаимодействуют с электромагнитным излучением, рассматриваемого диапазона спектра hv я 50—120cm-1 . Прежде всего, веерные колебания полярных

«головок» липидов. Их коэффициент поглощения ц ( J =Jo exp( ) должен быть сопоставим с

я

коэффициентом поглощения (в этой области спектра) молекулярных кристаллов, образованных из больших ионов ( KH2 PO4 , ( NH2CH2COOH)3 H2 SO4 ) и др. [ 9 ] ), т.е. ц я 2. Далее вода (ШО)п -- ц я 0,2 [ 4,5], которая в тонких слоях dя100--200нм имеет коэффициент поглощения ц я 0,1—0,05 [ 5 ]. Поглощение электромагнитного излучения hv я 50—120cm-1 белками существенно слабее ц я 0,02 [ 10 , 11 ].

При прохождении электромагнитного излучения X я 80—200мкм через два слоя полярных «головок» (толщиной 2нм) бимолекулярной мембраны ( прохождение в радиальном направлении ) поглощается

лишь Т = 0,05% мощности излучения. При прохождении излучения через миелинизированную оболочку из 10 слоёв потери составят Т = 0.6%.

Учитывая количественный молекулярный состав нейро-глиальных структур (полярные «головки» , вода, белки) , ослабление электромагнитного излучения Х«80--200мкм в е-раз будет при прохождении этого излучения структур серого вещества мозга толщиной 200 -500мкм. Безусловно, это поглощение неоднородно. Наибольшим оно будет в миелинизированных мембранах нейронов, образованных швановскими клетками, а также в белом веществе мозга, представлящим собой слои миелинизированных нервных волокон. Структуры белого вещества мозга, поглощая электромагнитное излучение X« 80— 200мкм значительно сильнее, чем серое вещество мозга, являются экранами для этого излучения. Ряд структур ЦНС ограничены слоями белого вещества (т.е. слоями миелинизированных волокон -многократно наслаивающимися мембранами нейроглии) [6]. Это такие структуры как: латеральное коленчатое ядро, медиальное дорсальное ядро, в таламусе. Суммарные толщины слоёв из липидных полярных «головок» в этих структурах могут достигать величин d « 100мкм и более. В таких слоях излучение X « 80—200мкм практически полностью поглощается Т > 99% , т.е. подобные слои служат экраном для электромагнитного излучения ( даже без учёта отражения излучения от этих структур) . В пределах каждой структуры, образованной серым веществом мозга и ограниченной экраном, нейроны обмениваются информацией (излучением), не нарушая работу других структур. Каждый нейрон структуры серого вещества мозга (в котором излучение X « 80-200мкм ослабляется в е - раз в толщинах d = 200-500мкм) , посылая кванты электромагнитного излучения, будет взаимодействовать ( принимать кванты излучения ) с нейронами, находящимися от него на расстоянии 200-500мкм ( т.е. с « (10-20)3 нейронами ) и, следовательно, каждый нейрон будет поглощать излучение от ближайших «(10-20)3 нейронов.

Электромагнитное поле X « 80-200мкм позволяет расширить зону связи каждого нейрона. Если спайк нейрона обеспечивает связь с другими структурами по почти линейному аксону (хотя и на большие расстояния), то оптические фононы веерных колебаний полярных «головок» липидов формируют связь в пределах мембранных плоскостей нейронов и глии, а электромагнитное поле определяет связь каждого нейрона (и глиальной клетки) в пределах пространства (200-500мкм)3 структур серого вещества мозга.

Рассмотрим взаимодействие совокупности нейронов, которое обеспечивается электромагнитным излучением X « 80—200мкм. В качестве упрощенной модели возьмём структуру нейронов в изолированном (для электромагнитного излучения) объёме V « (200-500мкм)3 произвольной формы: сферы, эллипсоида, Каждый нейрон излучает кванты электромагнитной энергии h•v « 50-120ст-1 , которые составляют (возьмём для примера) 50% -долю от энергии неравновесных оптических фононов веерного типа липидов мембраны. В то же время, каждый нейрон поглощает Т = 0.05% энергии электромагнитного излучения от каждого из окружающих его «103 нейронов, т.е. энергия, получаемая одним нейроном равна ДЕэлмагн.эн. = 0,5 0,0005 103 . Таким образом, совокупная энергия неравновесных оптических фононов, которая накапливается мембраной нейрона до достижения состояния, при котором формируется критический уровень деполяризации аксонного холмика, определяется соотношением

ДЕ = ДЕ опт.фонон + ДЕЭл.магн.эн. ( 0,5 + 0,25 )-^Бо ( 7 )

где N - число синапсов, Ео - энергия неравновесных оптических фононов, образующаяся при одном синапсе.

Считаем, что рассматриваемая совокупность нейронов не получает энергию за счёт потенциалов действия сенсорной системы, т.е. находится в состоянии покоя. Такая нейронная система имеет набор собственных частот потенциалов действия. Ограничим этот диапазон набором дискретных частот f = 1, 2, 3,...29, 30 Гц [ 2 ] и рассмотрим интегральную частоту , обусловленную влиянием электромагнитного излучения X « 80-200мкм нейронов окружения, т.е. ДЕэл.магн.эн. .

Если частоты f = 1, 2, 3,. 29, 30Гц нейронов окружения имеют случайный (во времени) характер, то вероятность события (передача энергии возбуждения от каждого из 103 нейронов окружения) при

дискретном наборе частот f = 1, 2, 3,... 30Гц равна р = (1/30)1000 . При количестве 1000 нейронов окружения вероятность события А (суммарная пульсация данного нейрона с некоторой частотой ) определяется 5-функцией , имеющей вид

( 1 при fCp

5(f) = {0 , f = (1— 30)Гц кроме fcp ( 8 )

Если каждый нейрон окружения имеет строго определённую частоту из набора f = 1, 2, 3, ... 30Гц и они равномерно распределены среди 1000 нейронов окружения данного нейрона, то суммарная частота равна средней арифметической

уП=30 f

f = = 15,5Гц ( 9 )

п

Кроме рассмотренных двух случаев могут быть другие варианты распределения по частотам и другие варианты деления неравновесной энергии оптических фононов на собственно энергию фонона (перемещающуюся по кристаллической мембраны в пределах одной энергетической i-зоны) и энергию электромагнитного излучения, обусловленную переходом из одной энергетической зоны в другую i — (i -1), Ak=0.

Неравновесная энергия оптических фононов липидной решётки мембраны нейрона, полученная от электромагнитного поля окружающих 103 нейронов, усредняясь во времени, определяет частоту достижения критического уровня деполяризации мембраны аксонного холмика (и в итоге, частоту потенциалов действия нейрона). Эта усреднённая частота формируется на фоне случайных частот, обусловленных частью энергии возмущения, которая не трансформируется в энергию электромагнитного излучения.

Усреднённая собственная частота потенциалов действия нейронной структуры (серого вещества мозга), границы которой образованы белым веществом мозга, непроницаемым для излучения X я 80 -200мкм, характеризует эту нейронную структуру как пейсмекерную структуру, потенциалы действия которой способны управлять работой других систем.

Заключение. Медиаторы химических снапсов нейронных структур взаимодействуют не только с рецепторами постсинаптической мембраны, но также с полярными «головками» липидной мембраны, изменяя равновесную заполняемость энергетических зон веерных осцилляторов. Оптические фононы веерного типа полярных «головок» липидной мембраны, а также электромагнитные волны диапазона X я 80-120мкм, рождаемые квантовыми межзонными переходами, расширяют границы и способы взаимодействия нейронных и глиальных структур. Список использованной литературы:

1. Галанов Е.К. Оптические фононы модельной мембраны нейрона. Альманах современной науки и образования. -2017. - №1. - С. 19-22.

2. Галанов Е.К. Собственный потенциал действия нейрона с модельной мембраной. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2018. - №5 (2).-С.312-317.

3. Хамермеш М. Теория групп и её применение к физическим проблемам. М. УРСС , - 2002.-560с.

4. Золотарёв В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В., Оптические постоянные природных и технических сред. Л-д, «Химия», -1984. -215с.

5. Пеньков Н.В. Особенности терагерцовых спектров поглощения воды и водных растворов электролитов : Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. -Пущино, 2017.- 20 с.

6. Николлс Дж. Г., Мартин А.В., Валлас Б.Дж. От нейрона к мозгу. М. - УРСС, 2003.-670 с.

7. Кириченко Е.Ю., Повилайтите, П.Е. Логвинов А.К., Кириченко Ю.Г., Филиппова С.Ю. Щелевые контакты в составе нейро-глио-сосудистых ансамблей в колонках баррельной коры крыс. Цитология.-2018.- №6. - С.448- 456.

8. Хаспеков Л.Г. , Фрушкина Л.Е. Молекулярные механизмы опосредующие участие глиальных клеток в пластических перестройках головного мозга при эпилепсии. Биохимия.-2017.- №3. - С. 528-541.

9. Barker A.S., Tinkham M. Far Infrared Dielectric Measurements on Potassium Dihydrogen Phosphate,

~ 24 ~

Triglycine Salfate and Rutile. Journal Chemical. Physics.-1965. vol.38. pp. 2257 -2265.

10. Манькова А.А. Низкочастотные колебательные спектры молекул белков как характеристики их структурных изменений : Автореф. дис. канд. физ.мат. наук.- Москва, 2017.-24 с.

11. Грачев Я.В., Куклин И.Н., Герасимов И.В., Смолянская О.А., Козлов С.А., Беспалов В.Г. Исследование воздействия излучения диапазона частот 0,05-2 ТГц на биоткани разной толщины в медицинской диагностике. Оптический журнал.-2010.-- №11.-С.92 -95.

© Галанов Е.К., 2019

УДК 57 + 519.2

Л.В. Пронина

канд. биол. наук, доцент ДГУНХ, г. Махачкала, РФ Е-тай: pron1nalyubanya@ma1l.ru

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ ПРИ СРАВНЕНИИ ТРЕНИРОВАННОСТИ МОЛОДЫХ СПОРТСМЕНОВ

Аннотация

В статье отражены результаты исследовательской работы, посвященной выявлению уровня тренированности спортсменов одной спортивной специализации, но с разным спортивным стажем.

Ключевые слова: тренированность, физиологические показатели, физическая нагрузка, статистическая обработка результатов.

Результатом многосторонней подготовки спортсменов является спортивная подготовленность, или, как принято ещё говорить, тренированность. Тренированность, с точки зрения спортивной физиологии, приобретается посредством способности организма спортсмена изменяться и совершенствоваться под влиянием физических нагрузок. Такая пластичность организма позволяет, применяя физические упражнения развивать и укреплять его органы и системы, совершенствовать их деятельность, улучшать работоспособность организма в целом [1, с. 32].

На этой основе возрастает мышечная сила, повышается быстрота движений, приобретается выносливость, улучшается подвижность в суставах.

С целью выявления степени тренированности молодых спортсменов мы провели исследовательскую работу. На первом этапе нашей работы мы измеряли физиологические показатели спортсменов в состоянии покоя и после дозированной нагрузки, а второй этап включал в себя статистическую обработку полученных результатов и подведение итогов [2, с. 27-29].

В нашем исследовании приняли участие молодые спортсмены 16-17 лет, занимающиеся в секции игровых видов спорта и стаж тренировок которых составлял от 3 до 6 лет. Всех испытуемых мы условно разделили на экспериментальную и контрольную группы.

В рамках физиологических исследований были определены следующие показатели: частота сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление (систолическое СД и диастолическое ДД), пульсовое давление (ПД), частота дыхания (ЧД), время задержки дыхания на вдохе (проба Штанге) и время задержки дыхания на выдохе (проба Генчи). Дозированная нагрузка включала в себя приседания в течение одной минуты.