CC BY
20СОСТОЯНИЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОМ СИСТЕМЫ ТРЕНИРОВАННЫХ И НЕТРЕНИРОВАННЫХ СТУДЕНТОВ С ПОЗИЦИИ СТОХАСТИКИ И ТЕОРИИ ХАОСА
УДК/UDC 796.01:61
Информация для связи с автором: [email protected]
Поступила в редакцию 04.01.2015 г.
Доктор медицинских наук, профессор В.А. Карпин1 Младший научный сотрудник Ю.В. Башкатова1 Доктор медицинских наук, профессор Л.В. Коваленко1 Кандидат биологических наук Д.Ю. Филатова1
1 Сургутский государственный университет, Сургут
STATE OF CARDIOVASCULAR SYSTEM OF TRAINED AND UNTRAINED STUDENTS FROM PERSPECTIVE OF STOCHASTICS AND CHAOS THEORY
Professor, Dr. Med. V.A. Karpin1 Research assistant Yu.V. Bashkatova1 Professor, Dr. Med. L.V. Kovalenko1 Ph.D. S.Yu. Filatova1
1 Surgut State University, Surgut
Аннотация
Проблема оценки состояния функциональных систем организма (ФСО) и их адаптационных резервов к различного рода воздействиям, в том числе к физическим нагрузкам, актуальна для физиологии спорта, экологии человека и общей физиологии. Возникает необходимость во внедрении в биомедицинскую практику современных системных методов для изучения функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) и вегетативной нервной системы (ВНС) организма человека. Изучены параметры сердечно-сосудистой системы у тренированных и нетренированных групп студентов с позиции теории хаоса и самоорганизации. Установлено, что у студентов, не имеющих физической подготовки, объемы квазиаттракторов вектора состояния организма увеличиваются после нагрузки. Физическая нагрузка вызывает увеличение расстояния между хаотическими центрами квазиаттракторов спектральных показателей сердечнососудистой системы нетренированных (77 091 у.е.) и тренированных (1755 у.е.) студентов. Показана практическая возможность применения метода многомерных фазовых пространств в оценке реакции сердечно-сосудистой системы человека на динамическую физическую нагрузку. В качестве меры состояния сердечно-сосудистой системы человека (до и после нагрузки) использованы квазиаттракторы движения вектора состояния системы в двухмерном фазовом пространстве состояний. Регулярная нагрузка (спорт) стабилизирует параметры сердечно-сосудистой системы студентов и является первым маркером степени детренированности молодых жителей Югры, что находит применение в тренерской работе.
Ключевые слова: физические нагрузки, хаос, самоорганизация, квазиаттрактор, сердечно-сосудистая система.
Annotation
The problem of assessment of the state of body functional systems (BFS) and their adaptive reserves for different kinds of stimulation, including physical activities, is relevant for physiology of sport, human ecology and general physiology. There is a need to introduce into the biomedical practice of modern system methods for studying the functional state of the cardiovascular system (CVS) and the autonomic nervous system (ANS) of the human body. Parameters of the cardiovascular system in trained and untrained groups of students were studied from the perspective of the theory of chaos and self-organization. The volume of quasi-attractors for the body state vector of untrained students was proved to increase after exercise. Physical activity causes an increase in the distance between the chaotic centers of quasi-attractors of spectral parameters of the cardiovascular system of untrained (77,091 USD) and trained (1755 USD) students. It was shown that the method of multi-dimensional phase spaces can be used to estimate the response of the human cardiovascular system on the dynamic exercise. Quasi-attractors of motion for the system state vector can be used in the two-dimensional phase space of states as a measure of the person's cardiovascular system (before and after exercise). Regular exercises (sport) stabilizes the parameters of the cardiovascular system of students and are the first marker of the degree of deconditioning of young people of Yugra, used in coaching.
Keywords: exercise, chaos, self-organization, quasi-attractor, cardiovascular system.
Введение. Проблема оценки состояния функциональных систем организма (ФСО) и их адаптационных резервов к различного рода воздействиям [1-2], в том числе к физическим нагрузкам, актуальна для физиологии спорта, экологии человека и общей физиологии. Возникает необходимость во внедрении в биомедицинскую практику современных системных методов для изучения функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) и вегетативной нервной системы (ВНС) организма человека [3].
В рамках новых методов теории хаоса - самоорганизации возможно изучение функциональных резервов организма путем анализа и синтеза параметров ФСО,
выявления морфофункциональных особенностей организма в условиях покоя и после нагрузочных тестов [2-7]. Такая информация дает возможность оценить качество жизни человека в условиях Севера и обеспечить прогноз его развития во взрослом состоянии. Более того, такой подход позволяет объективно оценивать динамику резервных возможностей организма и их прогностическую значимость. Назрела необходимость в разработке и использовании новых средств на основе методов многомерных фазовых пространств для определения адаптационных и функциональных резервов организма и проведения ранней диагностики различных патологических состояний
№ 3 • 2015 Март | March
http://www.teoriya.ru
83
и каких-либо функциональных нарушений, что и определяет актуальность работы.
Цель работы - оценка состояния ССС групп тренированных и нетренированных студентов с позиции стохастики и теории хаоса.
Объект и методы исследования. Объектом настоящего исследования явились студенты 1-3-го курсов ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры», проживающие на территории округа не менее 5 лет. В зависимости от степени физической активности испытуемых разделили на 2 группы по 30 человек. К первой группе отнесли студентов основной группы здоровья, занимающихся физической культурой в рамках общеобразовательной программы университета. Вторую группу составили студенты СурГУ, профессионально занимающиеся игровыми видами спорта (баскетболом и волейболом).
Студентов обследовали с помощью пульсоксиметра (ЭЛОКС-01 М, г. Самара). Специальным фотооптическим датчиком в положении сидя в течение 5 мин регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС), индекс напряжения Баевского, а также рассчитывали компоненты спектральной мощности ВСР. После выполнения стандартизированной динамической нагрузки (30 приседаний) регистрацию продолжали в течение 5 мин.
Данные статистически обрабатывали при помощи программы «Statists 6.1». Соответствие вида распределения полученных данных закону нормального распределения анализировали на основе вычисления критерия Шапиро-Уилкса. Дальнейшие исследования в зависимости от распределения проводили методами параметрической и непараметрической статистики (критерии Стьюдента, Вилкоксона, Манна-Уитни). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. Сводные количественные характеристики результатов изменения спектральных показателей ССС, представлены в табл. 1.
Установлено, что у тренированных и нетренированных студентов полностью отсутствуют статистически значимые различия параметров VLF, LF, HF, Total, LF norm, HF norm и LF/HF до и после физической нагрузки (p>0,05), которые образовали семимерное фазовое пространство состояний всего вектора работы организма человека (ВСОЧ) х = х(t). При сравнении спектральных показателей регуляции ССС со стороны ВНС у тренированных и нетренированных студентов до физической нагрузки определены статистически значимые раз-
личия параметров VLF (p= 0,0020), HF (p= 0,0333) и Total (p= 0,0110) по критерию Краскела-Уоллиса (p<0,05).
У студентов, не прошедших физической подготовки, уменьшились показатели LFnorm, увеличились HFnorm и уменьшились LF/HF. Обратная картина наблюдалась у тренированных испытуемых: увеличились показатели LF norm (с 61 до 61,7 у. е.), уменьшились Hfnorm (с 39 до 38,3 у. е.) и увеличились LF/HF (с 1,9 до 2,3 у. е.).
На основе методов системного анализа и синтеза исследована динамика поведения параметров квазиаттракторов в 7-мерном фазовом пространстве спектральных показателей ССС и ВНС у тренированных и нетренированных студентов до и после динамической нагрузки (табл. 2).
Из данных табл. 2 следует, что у нетренированных студентов объем 7-мерного параллелепипеда VG, ограничивающего КА, после динамической нагрузки увеличился в 49 раз, а у тренированных уменьшился в 2,6 раза. Изменения параметров квазиаттракторов ВСОЧ в 7-мерном фазовом пространстве состояний более существенны, чем результаты статистической обработки их первичных данных.
Следующий этап исследований посвящен расчету матриц межаттракторных расстояний Z? тренированных и нетренированны студентов (табл. 3).
При сравнении межаттракторных расстояний тренированных и нетренированных студентов до и после их нагрузки величина у последних оказалась в 43 раза больше.
Анализ расстояний между хаотическими центрами квазиаттракторов спектральных показателей ССС и ВНС у исследуемых обеих групп обнаружил следующее (см. табл. 3): до динамической нагрузки расстояние составило 19 089 у. е., после выполненной нагрузки оно увеличилось в 4,9 раза и составило 92 660 у. е.
Расчет матриц межаттракторных расстояний квазиаттракторов вектора состояния организма нетренированных студентов выявил их увеличение после физической нагрузки, что обнаружило недостаточную сформированность у них адаптационных механизмов, а также существенное напряжение регуляторных процессов и степень рассогласования параметров функциональных систем организма.
Заключение. При исследовании влияния динамической нагрузки на параметры ССС с помощью матриц межаттракторных расстояний установлено, что она вызывает увеличение расстояния между хаотическими центрами квазиаттракторов спектральных показателей ССС нетренированных (77 091 у. е.) и тренированных (1755 у. е.) студентов. Соот-
Таблица 1. Спектральные показатели регуляции сердечно-сосудистой системы со стороны вегетативной нервной системы
Показатели Нетренированные студенты(n=30) Тренированные студенты(n=30)
До нагрузки После нагрузки р До нагрузки После нагрузки р
VLF 2228±339 2393±348 0,781 6874±1447 7364±1195 0,159
LF 2683±363 2404±396 0,245 4629±823 5636±1284 0,214
HF 1529±241 1699±259 0,371 2668±408 3797±1076 0,120
Total 6441±806 6497±818 0,765 14171±2245 22904±6984 0,075
LF norm 63,7±2,6 58,9±2,7 0,117 61±2,5 61,7±3,1 0,967
HF norm 36,3±2,6 41,1±2,7 0,117 39±2,5 38,3±3,1 0,967
LE/HF 2,5±0,4 1,7±0,2 0,099 1,9±0,2 2,3±0,4 0,975
Примечание: n - количество обследованных, LF, мс2- мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности; HF, мс2- мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности; Total power, мс2 - общая спектральная мощность; VLF, % - мощность спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности; p - достоверность значимых различий по критерию Вилкоксона (p>0,05)
84
http://www.teoriya.ru
№ 3 • 2015 Март | March
Таблица 2. Параметры квазиаттракторов в 7-мерном фазовом пространстве спектральных показателей сердечно-сосудистой системы
Параметры квазиаттракторов, у.е. Нетренированные студенты, n=30 Тренированные студенты,n=30
До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки
VG 46,2*1020 2270*1020 2,54*1020 0,97*1020
Rx 13137,80 77110,14 4038,89 3242,24
Таблица 3. Матрица идентификации расстояний (1, у. е.) между хаотическими центрами квазиаттракторов спектральных показателей сердечно-сосудистой системы в 7-мерном фазовом пространстве
Исследуемые показатели Нетренированные студенты, n=30 Тренированные студенты, n=30
До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки
Нетренированные студенты До нагрузки 0 77 091 19 089 20 684
После нагрузки 77 091 0 91 171 92 660
Тренированные студенты До нагрузки 19 089 91 171 0 1 755
После нагрузки 20 684 92 660 1 755 0
1 116864 260 922 112015 115 099
Примечание: т - размерность фазового пространства состояний, Е - суммарный показатель межаттракторных расстояний (у. е.).
ношение расстояний представляет количественную степень тренированности (или детренированности) [2-7].
Обнаруженные закономерности в динамике поведения вектора состояния организма тренированных и нетренированных студентов целесообразно использовать для количественной оценки степени детренированности организма жителей Югры, а также для оценки качества предлагаемых дозированных физических нагрузок (тренировок) у спортсменов в условиях профильных подготовок (с учетом видов спорта) [6,7].
Использование запатентованных методик показало, что закономерности, выявленные в динамике поведения вектора состояния организма человека, учитывают изменчивость всех возможных диагностических признаков в фазовом пространстве состояний. Расчет параметров квазиаттракторов ССС показывает индивидуальное различие, что позволяет объективно оценивать динамику резервных возможностей организма и их прогностическую значимость.
Литература
1. Анохин П.К. Кибернетика функциональных систем / П.К. Анохин. - М.: Медицина, 1998. - С. 256-265.
2. Еськов В.М. Влияние физических упражнений на параметры функциональных систем организма человека в условиях Севера РФ: синергетический подход / В.М. Еськов, С.И. Логинов, М.Н. Мальков, А.С. Снигирев // Теория и практика физ. культуры. -2009. - № 12 - С. 32-35.
3. Еськов В.М. Сравнительный анализ и синтез физиологических параметров организма студентов Югры в фазовых пространствах состояний / В.М. Еськов, В.В. Козлова, В.Н. Голушков // Теория и практика физ. культуры. - 2011. - № 11.- С. 88-92.
4. Литовченко О.Г. Состояние сердечно-сосудистой системы студентов / О.Г. Литовченко, В.В. Апокин, А.А. Семенова, О.Л. Нифонтова // Теория и практика физ. культуры. - 2014. - № 9. - С. 90-93.
5. Логинов С.И. Кинезиологический потенциал человека: возможности управления с позиций теории хаоса и синергетики / С.И.
Логинов, В.М. Еськов, В.К. Бальсевич // Теория и практика физ. культуры. - 2011. - № 7 - С. 99-101.
Хадарцев А.А. Принципы тренировки спортсменов на основе теории хаоса и самоорганизации / А.А. Хадарцев, А.А. Несмеянов, В.М. Еськов, А.А. Кожемов, Н.А. Фудин, // Теория и практика физ. культуры. -2013. - №9. - С.87-93.
References
Anokhin, P.K. Kibernetika funktsional'nykh sistem (Cybernetics of functional systems). - Moscow: Meditsina, 1998. - P. 256-265. Es'kov, V.M. Vliyanie fizicheskikh uprazhneniy na parametry funktsional'nykh sistem organizma cheloveka v usloviyakh Severa RF: sinergeticheskiy podkhod (Effect of exercises on parameters of functional systems of the human body in the North of Russia: synergetic approach / V.M. Es'kov, S.I. Loginov, M.N. Mal'kov, A.S. Snigirev. Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kul'tury. - 2009. - № 12 - P. 32-35.
Es'kov, V.M. Sravnitel'ny analiz i sintez fiziologicheskikh parametrov organizma studentov Yugry v fazovykh prostranstvakh sostoyaniy (Comparative analysis and synthesis of body's physiological parameters of Yugra students in the phase state spaces) / V.M. Es'kov, V.V. Kozlova, V.N. Golushkov. Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kul'tury. - 2011. - № 11. - P. 88-92.
Litovchenko, O.G. Sostoyanie serdechno-sosudistoy sistemy studentov (State of cardiovascular system of students) / O.G. Litovchenko, V.V. Apokin, A.A. Semenova, O.L. Nifontova. Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kul'tury. - 2014. - № 9. - P. 90-93. Loginov, S.I. Kineziologicheskiy potentsial cheloveka: vozmozhnosti upravleniya s pozitsiy teorii khaosa i sinergetiki (Human kinesiological potential: management capabilities in view of chaos theory and synergy) / S.I. Loginov, V.M. Es'kov, V.K. Bal'sevich. Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kul'tury. - 2011. - № 7 - P. 99-101. Khadartsev, A.A. Printsipy trenirovki sportsmenov na osnove teorii khaosa i samoorganizatsii (Athlete training principles based on theory of chaos and self-organization) / A.A. Khadartsev, A.A. Nesmejanov, V.M. Es'kov, A.A. Kozhemov, N.A. Fudin. Teoriya iPraktika Fizicheskoy Kul'tury. -2013. - №9. - P. 87-93.
Eskov ,V.M. Uncertainty in the Quantum Mechanics and Biophysics of Complex Systems / V.M. Eskov, V.V. Eskov, T.V. Gavrilenko, M.I. Zimin. Moscow University Physics Bulletin.- 2014. - Vol. 69. - No. 5. - P. 406-411.
НОВЫЕ КНИГИ
Учебное пособие: «Мотивация и эмоции в спортивной деятельности»
В учебном пособии «Мотивация и эмоции в спортивной деятельности» спортивного психолога, доктора психологических наук Б. П. Яковлева проанализирован целый ряд вопросов, касающихся методологических подходов, особенностей мотивации и эмоций, их огромное влияние на результативность и качество тренировочной и соревновательной деятельности. Представлены основные взгляды, теории,
сущность мотивации и эмоций в условиях спортивной подготовки. Даются практические рекомендации относительно повышения мотивации спортсмена. Предлагаются методы саморегуляции мотивации и эмоций.
Теоретические аспекты, содержащиеся в учебном пособии, экспериментально проверены автором на квалифицированных спортсменах.
№ 3 • 2015 Март | March
http://www.teoriya.ru
