CC BY
6УДК: 612.79
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА
многомерных фазовых пространств для оценки воздействия физических нагрузок на функциональное состояние кожи спортсменов
Кандидат педагогических наук, доцент С.А. Борисевич Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень Доктор биологических наук, профессор С.И. Логинов Сургутский государственный университет ХМАО-Югры, Сургут
THE USE OF METHOD OF MULTIDI-MENSIAL PHASE SPACES TO ESTIMATE THE EFFECT FROM PHYSICAL LOADINGS ON FUNCTIONAL STATE OF ATHLETES' SKIN S.A. Borisevich, associate professor, Ph.D.
State agrarian university of Northern Urals, Tyumen
S.I. Loginov, professor, Dr.Biol. Surgut state university KhMAR-Ugra, Surgut
Key words: physical loadings, kinds of sport, microvasculature, transcutaneous partial pressure of oxygen, girls and boys aged 16-22, method of multidimensional state phase spaces.
Microcirculatory disorders are among the most frequent phenomena, accompanying any skin inflammatory reaction. The study of microcirculation in those who are engaged in sport, represent a relevant part of physiology of muscular work, as it enables revealing the subtle mechanisms laying the basis of adaptive responses of the body to physical loadings, performed in different conditions of external environment. Microcirculatory disorder at physical overloadings is related to action of products of metabolism and biologically active substances, being released from the destroyed cell structures and due to exhaustion of energy sources for muscle work. The purpose of the present study was to examine the peculiarities of the influence of multidirectional physical loadings on skin microcirculation and transcutaneous partial pressure of oxygen in athletes using the method of multidimensional state phase spaces. According to the studies, the biggest volume of 5-di-mensional state phase spaces is in rowing and gymnastics in boys and girls. Herewith, the ones engaged in these sports have substantially bigger indices of asymmetry compared to the ones from game sports and the control group among boys but not girls. Hence, transcutaneous partial pressure of oxygen (back and forehead) in boys and girls was proved to be the most significant parameter that is to be used in diagnostics of skin functional status at sports classes.
Ключевые слова: физические нагрузки, виды спорта, ми-кроциркуляторное русло, транс-кутанное парциальное давление кислорода, девушки и юноши 16-22 лет, метод многомерных фазовых пространств состояний.
Введение. Нарушения микроциркуляции - одно из самых частых явлений, сопровождающих любую воспалительную реакцию в коже [1, 2]. Изучение микроциркуляции у людей, занимающихся спортом, представляет собой актуальный раздел физиологии мышечной деятельности, так как позволяет вскрыть тонкие механизмы, лежащие в основе приспособительных реакций организма к физическим нагрузкам, осуществляемым в различных условиях внешней среды [3]. Нарушение микроциркуляции при физических перегрузках связано с действием продуктов метаболизма и биологически активных веществ, высвобождающихся из разрушенных структур клеток, а также вследствие истощения источников энергии для работы мышц [4].
Цель исследования - с использованием метода многомерных фазовых пространств состояний изучить особенности влияния физических нагрузок разной направленности на микроциркуляцию кожи и транскутанное (чрескожное) парциальное давление кислорода у спортсменов.
Методы и организация исследования. В работе приняли участие представители таких видов спорта, как спортивная гимнастика (10 девушек и 10 юношей), академическая гребля (10 девушек и 10 юношей), игровые виды спорта (волейбол, гандбол, настольный теннис) (10 девушек и 10 юношей) и контрольная группа (10 девушек и 10 юношей), занимающиеся в рамках академической программы по физической культуре. Все участники исследования (40 девушек и 40 юношей
в возрасте 16-22 лет) были отобраны случайным образом. В состоянии относительного физиологического покоя у спортсменов регистрировали показатели микроциркуляции кожи (мл/мин) на лбу, животе, спине, а также величину транскутанного парциального давления кислорода (mmHg) на лбу и животе. Показатели микроциркуляции кожи регистрировали при помощи лазер-допплеровского флоуметра BLF-21 фирмы «Perimed» (Швеция), транскутанное парциальное давление кислорода - с помощью монитора ТСМ-400 фирмы «Radiometer» (Дания).
Полученные данные обрабатывали при помощи метода многомерных фазовых пространств состояний (ФПС) [5]. Особенности описания реакции биологической динамической системы человека с позиций теории хаоса и самоорганизации базируются на системном подходе [5-8]. Согласно этому подходу, если исследования состояния кожных покровов проводятся в отношении групп спортсменов разных видов спорта, находящихся в приблизительно одинаковых условиях по функциональному состоянию организма (например, группы людей в одинаковых эколого-климатических условиях) и регистрируются параметры функций организма каждого человека из группы, то эти параметры образуют наборы (компартменты) изучаемых признаков в пределах одной фазовой координаты x. - из набора всех координат да-мерного ФПС с одинаковыми диагностическими характеристиками. При этом каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма данного человека - ВСОЧ) в данный момент времени задается точкой в этом пространстве так, что группа пациентов образует некоторое «облако» (квазиаттрактор) в ФПС, а разные группы (из-за разных воздействий на них) образуют разные «облака» (квазиаттракторы) в ФПС. В целом решение задачи выбора наиболее важных параметров порядка при таком подходе достигается за счет того, что получаемые от группы спортсменов или от одного спортсмена данные путем повторов измерений в виде набора m блоков данных (компартментов), где т - число измеряемых диагностических признаков, переносят в виде точек в да-мерное ФПС
и измеряют параметры полученных квазиаттракторов [5, 6].
Данный метод мы использовали для групповых сравнений разных групп людей при занятиях разными видами спорта. В том случае, когда имеется несколько кластеров данных (каждый кластер для каждой группы спортсменов или для каждого метода обследования), то эти кластеры можно описать своим вектором состояния организма человека, входящего в обследуемую к-ю
группу в виде хк-(хк1, хк2,...,х1т), где \=1,2,...,т - номер диагностического признака (параметра организма обследуемого), а к - номер кластера (номер группы спортсменов или номер конкретного воздействия - упражнения, где к = 1,2,...,р). При этом для каждого вектора хк в одном и том же ФПС размерностью т имеются одинаковые наборы компонент (диагностических признаков) хк, которые, в свою очередь, имеют наборы (общим числом п, где п - число спортсменов в группе, а у - номер спортсмена в группе, у = 1,2,...,п) конкретных множеств, они образуют квазиаттрактор в ФПС значений самих диагностических признаков по каждой из координат хк. Объемы квазиаттракторов и координаты их центров являются интегративны-ми мерами оценки эффективности тренирующего воздействия [5, 6].
Результаты исследования и их обсуждение. Исследования показали, что наибольший объем 5-мерного ФПС представлен в академической гребле и гимнастике, как у юношей, так и у девушек. Вместе с тем у занимающихся этими видами спорта отмечены значительно большие величины асимметрии по сравнению с представителями игровых видов спорта и контрольной группы среди юношей, но не девушек (табл. 1).
Методом исключения отдельных признаков было установлено влияние X. признака (в нашем случае это параметры микроциркуляции кожи, транскутанного парциального давления кислорода) на величину Z (расстояние между центрами квазиаттракторов) с поэтапным исключением из расчета отдельных компонент вектора состояния организма девушек. Было определено расстояние между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек
Таблица 1. Объем 5-мерного параллелепипеда, внутри которого находится квазиаттрактор поведения вектора состояния организма спортсменов и показатели асимметрии при физических нагрузках разной направленности
Виды спорта General V value General asymmetry value
Юноши Девушки Юноши Девушки
Гимнастика 24.3-103 10,610s 7.3598 3.6777
Академическая гребля 70,110s 19,510s 4.1449 5.3696
Игровые виды 2,8-103 5.5-103 0.7107 12.6222
Контрольная группа 10,010s 4.2-103 4.8481 4.2322
Примечание. Здесь и в табл. 2-7: 5-мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Х1 -микроциркуляция кожи (лоб), Х2 - микроциркуляция кожи (живот), X, - микроциркуляция кожи (спина), Х4 - транскутан-ное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Х5 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).
(табл. 2), занимающихся гимнастикой, и контрольной группы, где Z0=14,95.
Показано, что более значительным оказался признак Z4=3,21 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле, лоб). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного ДО = 14,95) почти в 5 раз (при Z4=3,21).
При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся гимнастикой, и контрольной группы (табл. 3), установлено, что более значительным являлся признак Z5=1,82 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле, спина). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного ДО = 19,48) почти в 11 раз (при, Z5=1,82).
При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек, занимающихся академической греблей, и контрольной группы (табл. 4), установлено, что более значительным являлся признак Z5=2,04 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркулятор-ном русле, спина). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного ДО = 7,19) в 3,5 раза ДО=2,04).
При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся академической греблей, и контрольной группы (табл. 5), установлено, что более значительным являлся признак Z5=4,54 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркулятор-ном русле, спина). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного ДО = 15,1) в 3 раза ДО=4,54).
При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек, занимающихся игровыми видами спорта, и контрольной группы (табл. 6), установлено, что более значительным являлся признак Z5=2,74 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркулятор-ном русле, спина). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного ДО = 5,35) почти в 2 раза (при, Z5=2,74).
При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся игровыми видами спорта, и контрольной группы (табл. 7), установлено, что более значительным являлся признак Z5=2,11 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркулятор-ном русле, спина). Именно при исключении этого
Таблица 2. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девушек, занимающихся гимнастикой, и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 4,2-103 Vx0 = 10.6-103 dif=6,4•103 R0= 60,52 Z0=14,95
Vy1 = 0,9103 Vx1 = 1,6103 dif=0,7•103 R1= 45,08 Z1 = 14,75
Vy2 = 4,6103 Vx2 = 9,6103 dif=5,0•103 R2= 51,75 Z2=14,94
Vy3 = 3,2103 Vx3 = 9,6103 dif=6,4•103 R3= 66,60 Z3=14,94
Vy4 = 0,1103 Vx4 =0,4103 dif=0,3•103 R4=74,39 Z4=3,21
Vy5 = 0,2103 Vx5 =0,19103 dif=0,01•103 R5=7,14 Z5=14,81
Таблица 3. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма юношей, занимающихся гимнастикой, и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 10,0103 Vx0 = 24,3103 dif=14,3•103 R0= 58,87 Z0=19,48
Vy1 = 2.22-103 Vx1 = 2,19103 dif=0,03•103 R1= 1,45 Z1 = 19,48
Vy2 = 11,1103 Vx2 = 27Д103 dif=15,9•103 R2= 58,87 Z2=19,46
Vy3 = 10,0103 Vx3 = 17,3103 dif=7,3•103 R3= 42,42 Z3=19,48
Vy4 = 0,26И03 Vx4 =0,66-103 dif=0,4•103 R4=59,95 Z4=19,43
Vy5 = 0,15103 Vx5 =0,52103 dif=0,37•103 R5=70,25 Z5=1,82
Таблица 4. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девушек, занимающихся академической греблей, и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 4,2-103 Vx0 = 19,5103 dif=15,3•103 R0= 78,59 Z0=7,19
Vy1 = 0,9103 Vx1 = 4,9103 dif=4,0•103 R1= 81,38 Z1=7,13
Vy2 = 4,6103 Vx2 = 13,9103 dif=9,3•103 R2= 66,70 Z2=7,19
Vy3 = 3,2103 Vx3 = 10,3103 dif=7,1•103 R3= 68,71 Z3=7,19
Vy4 = 0,11103 Vx4 =0,57103 dif=0,46•103 R4=80,32 Z4=6,97
Vy5 = 0,2103 Vx5 =0,36103 dif=0,16•103 R5=44,95 Z5=2,04
Таблица 5. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма юношей, занимающихся академической греблей, и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 10,0103 Vx0 = 70,М03 dif=60,1-103 R0= 85,74 Z0=15,1
Vy1 = 2.2-103 Vx1 = 6,2103 dif=4,0-103 R1= 64,51 Z1=15,1
Vy2 = 11,М03 Vx2 = 58.5-103 dif=47,4103 R2= 80,99 Z2=15,07
Vy3 = 10,0103 Vx3 = 46.7-103 dif=36,7103 R3= 78,61 Z3=15,1
Vy4 = 0,25-103 Vx4 =1,2-103 dif=0,95103 R4=78,24 Z4=14,4
Vy5 = 0,15103 Vx5 =1,17-103 dif=1,02103 R5=86,84 Z5=4,54
Таблица 6. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девушек, занимающихся игровыми видами спорта, и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 4,2-103 Vx0 = 5,5103 dif=1,3103 R0= 23,65 Z0=5,35
Vy1 = 0,9-103 Vx1 = 2,6103 dif=1,7103 R1= 65,15 Z1=4,71
Vy2 = 4,64-103 Vx2 = 4,56103 dif=0,08103 R2= 1,79 Z2=5,35
Vy3 = 3,2103 Vx3 = 4,2103 dif=1,0103 R3= 23,65 Z3=5,35
Vy4 = 0,11103 Vx4 =0,06103 dif=0,05103 R4=81,58 Z4=5,26
Vy5 = 0,20-103 Vx5 =0,28103 dif=0,08103 R5=30,92 Z5=2,74
Таблица 7. Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма юношей, занимающихся игровыми видами спорта и контрольной группы, п=10
Объем первого аттрактора Объем второго аттрактора Различие между объемами аттракторов Относительная погрешность, % Z-показатель
Vy0 = 2,8103 Vx0 = 10,0103 dif=7,2103 R0= 71,39% Z0=6,13
Vy1 = 0,84103 Vx1 = 2,22103 dif=1,38103 R1= 62,10 % Z1=5,84
Vy2 = 2,4103 Vx2 = 11,1103 dif=8,7103 R2= 78,52% Z2=6,11
Vy3 = 2,2103 Vx3 = 10,0103 dif=7,8103 R3= 77,98 % Z3=6,12
Vy4 = 0,14103 Vx4 =0,26103 dif=0,12103 R4=45,60 % Z4=6,08
Vy5 = 0,10^103 Vx5 =0,15103 dif=0,05103 R5=31,07 % Z5=2,11
признака расстояние уменьшалось от исходного (Z0 = 6,13) почти в 3 раза (Z5=2,11). Заключение. Таким образом, установлено, что более значительным параметром является транс-кутанное парциальное давление кислорода (спина и лоб) у юношей и девушек, который целесообразно использовать в диагностике функционального состояния кожи при занятиях спортом.
Литература
1. Александров П.Н. Методы исследования микроциркуляции / П.Н. Александров, Д.А. Еникеев. - Уфа: Диалог, 2004. - 302 с.
2. Козлов В.И. Система микроциркуляции крови: современные аспекты клинического исследования / В.И. Козлов // Ангиология и сосудистая хирургия (приложение). - 2006. - № 1. - С. 3-4.
3. Логинов С.И. Физическая активность на Югорском Севере : Влияние физических нагрузок на организм человека / С.И. Логинов, М.Н. Мальков, К.А. Баев, А.С. Снигирев, Т.В. Воро-нюк. - Сургут: Изд-во ООО «Библиографика», 2013. - 149 с.
4. Михалюк Е.Л. Критерии диагностики метаболической кар-диомиопатии физического перенапряжения у спортсменов высокого класса / Е.Л. Михалюк, В.В. Сыволап, И.В. Ткалич // Журнал Российской ассоциации по спортивной медицине и реабилитации больных инвалидов. - 2008.- № 4 (27). - С. 35.
5. Пат. 2006613212 Россия. Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном пространстве / В.М. Еськов, М.Я. Брагинский, С.Н. Русак, А.А. Устименко, Ю.В. Добрынин // Роспатент. - 2006.
References
1. Alexandrov P.N. Microcirculation research methods / P.N.
Alexandrov, D.A. Enikeev. - Ufa: Dialog, 2004. - 302 P. (In Russian)
2. Kozlov, V.I. Microcirculation system: modern aspects of clinical research / V.I. Kozlov // Angiologiya i sosudistaya khirurgiya (supplement). - 2006. - № 1. - P. 3-4. (In Russian)
3. Loginov, S.I. Physical activity in the Ugra North: the effect of physical loadings on the human body / S.I. Loginov, M.N. Mal'kov, K.A. Baev, A.S. Snigiryov, T.V. Voronyuk. - Surgut : Bibliografika, 2013. - 149 P. (In Russian)
4. Mikhalyuk, E.L., Syvolap, V.V., Tkalich, I.V. Diagnostic criteria for metabolic cardiomyopathy of physical overstrain in elite athletes / E.L. Mikhalyuk, V.V. Syvolap, I.V. Tkalich // Zhurnal Rossiyskoy assotsiatsii po sportivnoy meditsine i reabilitatsii bol'nykh invalidov. - 2008.- № 4 (27). - P. 35. (In Russian)
5. Patent 2006613212 Russia. The program of identification of parameters of attractors of behavior of the vector of byosystem state in the m-dimensional space /V.M. Eskov, M.Ya. Braginsky, S.N. Rusak, A.A. Ustimenko, Yu.V. Dobrynin // Rospatent. - 2006. (In Russian)
6. Eskov V.M., Eskov V.V, Filatova O.E. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase spaces of states // Measurement Techniques (Medical and Biological Measurements).2011. - V. 53 (12), p. 1404-1410.
7. Eskov V.M, Eskov V.V, Filatova O.E, Filatov M.A. Two types of systems and three types of paradigms in systems philosophy and system science // Journal of Biomedical Science and Engineering. Vol.5.N.10.2012.P.602-607.
8. Eskov V.M, Gavrilenko T.V, Kozlova V.V, Filatov M.A. Measurement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystems // Measurement Techniques. Vol. 55. N.9. 2012. P.1096-1102.
Информация для связи с автором:
apokin_vv@mail.ru
Поступила в редакцию 11.12.2013 г.
