Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологические особенности эффектов биоуправления потенциалами мозга у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиологические особенности эффектов биоуправления потенциалами мозга у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма"

На правах рукописи

005042486

ЕРЕМЕЕВА Ольга Васильевна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭФФЕКТОВ БИОУПРАВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛАМИ МОЗГА У СПОРТСМЕНОВ С ДОМИНИРОВАНИЕМ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА СЕРДЕЧНОГО РИТМА

03.03.01 - Физиология

1 С Т"»

Автореферат диссертации па соискание ученой стснснп кандидата биологических наук

Архангельск — 2012

005042486

Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет физической культуры и спорта»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Харитонова Людмила Григорьевна

Бочаров Михаил Иванович, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет», заведующий кафедрой теоретических основ физической культуры Поскотинова Лилия Владимировна, доктор биологических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, заведующая лабораторией биоритмологии

Ведущая организация:

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский гос)'дарствснный университет»

Защита состоится <<Лт)> ¿--¿¿¿Д-..-^ 2012 г. в /у часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 ¡три Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, г. Архангельск, проезд Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «Л /» 12 г.

Ученый секретарь _ У

диссертационного совета

Старцева Лариса Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изучение особенностей и закономерностей взаимодействия осцилляторных процессов на различных уровнях организации нервной системы актуально для теоретического осмысления особенностей адаптации человека к условиям его трудовой (спортивной) деятельности и адаптации к попыткам вмешаться в регуляцию биоэлектрических осцилляторных процессов мозга с целью оптимизации его функционального состояния. В диагностике широко используются методы оценки функциональной активности отделов вегетативной нервной системы (Михайлов В.М., 2002; Баевский P.M. и др., 2003; Игишева JI.H. и др., 2006; Шлык Н.И., 2009; Флейшман А.Н., 1999, 2009; Bosquet L. et al., 2008; Buchheit M. et al., 2009; Leicht A.S. et al., 2009). Менее широко используются методы диагностики функционального состояния, основанные на оценке спонтанной активности центральной нервной системы (Фомина Е.В., 2005; Попова Т.В. и соавт., 2006; Vecchio F. et al., 2008) и параметров вызванных потенциалов (Капилевич JI.B и соавт., 2007, 2008), хотя этот подход продемонстрировал свою информативность.

В большинстве публикаций исследователи функционального состояния спортсменов применяют методологический подход, основанный на структурно-функциональной классификации вегетативной нервной системы, что, безусловно, оправдано при анализе функции висцеральных систем организма. Ставшие доступными методы спектрального анализа волновых процессов преимущественно применяются для получения параметров, характеризующих активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (Шлык Н.И., 2009; Singh J.P. et al., 1999; Tuomainen P. et al., 2005; Britton A. et al., 2007; Dietrich D.F. et al., 2008). To есть используется двухфакторная концепция модуляции ритма сердца, хотя потенциальные возможности метода позволяют выявлять параметры большего числа факторов.

Анализ функционального состояния головного мозга опирается на большее число моделей, предназначенных для описания различных уровней его организации (Deco G. et al., 2008). Концепция векторного кодирования информации в нервной системе полагает, что функциональное состояние может быть отображено векторами в пространстве параметров. Размерность пространства зависит от количества анализируемых параметров (Соколов Е. Н., 1995, 1996). Согласно концепции векторного кодирования функциональное состояние человека представляет собой «специфические типы связей осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях». Центральный уровень осцилляторных процессов представлен ритмической активностью головного мозга. Периферический уровень представлен сердечным ритмом, который находится под модулирующим контролем трех осцилляторов: метаболического, сосудистого и дыхательного. Трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма более полно описывает дисперсию его показателей, доказана ее универсальность в онтогенезе (Данилова H.H., 1995, 1998; Данилова H.H., Астафьев C.B., 2000).

Структурно-функциональная модель нервной системы как системы осцилляторов считается адекватной и используется для оценки работоспособности и вигильности человека, его сна (Smit A.S. et. al., 2004, 2005; Dijk D.J. et. al., 2005; Hegerl U. et. al., 2008). Трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма и оценка выявляемой в этом случае спектральной мощности в диапазоне очень низкой частоты лежит в основе целого ряда исследований (Флейшман А.Н., 1999, 2009; Zheng A. et. al., 2008). Данные о влиянии повышенной активности метаболического модулятора сердечного ритма на центральные осцилляторные процессы у спортсменов в публикациях найдены не были.

Среди немедикаментозных средств регуляции состояния спортсмена заслуженное место заняло нейробиоуправление (Clark Т.Р., et al., 2005). Вместе с тем, физиологические особенности влияния нейробиоуправления изучены недостаточно (Egner Т. et al., 2004; Vernon D.J., 2005; Raymond J. et al., 2005; Gruzelier, J.H. et al., 2006).

Остаются предметом дискуссии вопросы об особенностях взаимосвязи ритмической активности, межцентровых взаимосвязей ритмов в отделах головного мозга с уровнем активности отделов вегетативной нервной системы и метаболического модулятора сердечного ритма, а также об особенностях эффектов биоуправления потенциалами мозга у спортсменов высокой квалификации.

Цель и задачи исследования. Цель работы - определить особенности временных и частотных параметров электроэнцефалограммы, вариабельности ритма сердца и выявить эффекты курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.

Для достижения цели были поставлены следующий задачи:

1. Уточнить диапазон средних значений относительной мощности спектра вариабельности ритма сердца в диапазоне очень низкой, низкой и высокой частоты как критерия доминирования модулятора сердечного ритма у лиц женского и мужского пола в возрасте 17 — 25 лет.

2. Изучить частотные и временные особенности и выявить структуру корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга у спортсменов с доминированием метаболического модулятора в сравнении со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма.

3. Изучить особенности вариабельности ритма сердца по параметрам спектрально-частотного анализа, корреляционной ритмограммы и кардиоинтервалографии у спортсменов с доминированием метаболического модулятора в сравнении со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма.

4. Выявить эффекты курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А1 электроэнцефалограммы на ритмическую активность и межцентровые взаимосвязи ритмов головного мозга, на состояние модуляции сердечного

ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.

Положения, выносимые на защиту.

1. Значения нижнего и верхнего квартиля, выражающие границы средней величины относительной мощности спектра вариабельности ритма сердца у лиц женского и мужского пола в возрасте 17 — 25 лет, составляют в диапазоне очень низкой частоты 22 - 44%, низкой частоты 26 - 47%, высокой частоты 17 - 40%. Превышение относительной мощностью спектра в диапазоне очень низкой, низкой или высокой частоты значения соответствующего верхнего квартиля отражает доминирование одного из модуляторов сердечного ритма.

2. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора различаются со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма, значениями частотных и временных параметров электроэнцефалограммы, а также структурой корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга.

3. Спортсмены со средней активностью трех модуляторов и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы. Обе группы спортсменов демонстрируют особенности параметров периферических осцилляторных процессов, в частности спектрально-частотного анализа вариабельности ритма сердца, корреляционной ритмограммы и кардиоинтервалографии.

4. Эффект курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А1 электроэнцефалограммы у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма выражается достоверными изменениями ритмической активности и межцентровых взаимосвязей ритмов головного мозга, а также состояния модуляции сердечного ритма.

Научная новизна исследования. Результаты исследования позволили уточнить значения границ среднего уровня параметров спектрального анализа вариабельности ритма сердца у здоровых женщин и мужчин в возрасте 17-25 лет и обосновать критерии для определения доминирующего типа модуляции сердечного ритма.

Впервые получены доказательства взаимосвязи повышенной относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты с изменением частотных и временных параметров ритмической активности головного мозга, что проявляется повышенной по сравнению с контролем уровнем средней спектральной мощности фоновой электроэнцефалограммы в моторных и сенсорных кортикальных полях у спортсменов, а также различиями индексов ритмов электроэнцефалограммы в диапазоне дельта, тета, альфа, низко- и высокочастотного бета ритма в большей части отведений.

Установлено, что доминирование метаболического модулятора сердечного ритма сочетается с меньшим числом сильных корреляционных

связей дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета индексов электроэнцефалограммы.

Впервые установлено, что спортсмены со средним уровнем активности трех модуляторов сердечного ритма и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы.

Курсовое использование нейробиоуправления, направленного на повышение спектральной мощности в альфа диапазоне ЭЭГ в монополярном отведении С3А1 у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма вызывает усиление процессов интеграции функции центральных осцилляторов нервной системы. Эффект нейробиоуправления проявляется образованием более сложных межцентровых связей. Отмечается реорганизация межцентрового взаимодействия в диапазоне дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета ритмов. Изменяются значения индексов ритмов не только в альфа диапазоне электроэнцефалограммы, но и в иных диапазонах от 1 до 35 Гц. Эффект выявлялся не только локально в области отбора сигнала для биологической обратной связи (отведение Сз), но и в остальных отведениях. Курс нейробиоуправления оказывает влияние на периферические осцилляторные процессы, повышает абсолютные значения спектральной мощности в трех частотных диапазонах и общей спектральной мощности, но не изменяет взаимоотношение между тремя модуляторами сердечного ритма.

Научно-практическая значимость исследования. Сведения о значении границ среднего уровня параметров спектрального анализа вариабельности ритма сердца у здоровых женщин и мужчин в возрасте 17-25 лет могут быть использованы для диагностики состояния модуляции сердечного ритма и функционального состояния человека. Материалы диссертации обосновывают возможность детализации функционального состояния людей с эйтоническим балансом вегетативной нервной системы за счет использования трехфакторной концепции модуляции ритма сердца и критериев на основе шкалы интервалов. Получены свидетельства о государственной регистрации базы данных № 2011620461 от 22.06.2011 «Вариабельность сердечного ритма: перцентильные величины параметров у здоровых мужчин 17-27 лет в Северном Приобье» и № 2011620555 от 03.08.2011 «Вариабельность сердечного ритма: перцентильные величины параметров у здоровых женщин 17-27 лет в Северном Приобье».

Практическая значимость исследования заключается в экспериментальном апробировании методики регуляции функционального состояния центральной и автономной нервной системы спортсменов немедикаментозным средством.

Материалы диссертационного исследования внедрены в практику работы: 1) государственного образовательного учреждения «СДЮСШОР МГФСО по велоспорту» г. Москва (акт внедрения от 10.05.2010); 2) в учебный процесс Московского государственного педагогического университета (акт внедрения от 09.07.2010); 3) бюджетного учреждения ХМАО-Югры «Центр спортивной подготовки сборных команд Югры» г. Ханты-Мансийск (акт внедрения от

17.05.2010); 4) автономного учреждения среднего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа — Югры «Югорский колледж — интернат олимпийского резерва» (акт внедрения от 04.05.2010); 5) в учебный процесс Югорского государственного университета (г. Ханты-Мансийск) (акт внедрения от 04.05.2010).

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены и обсуждались на научных конференциях СибГУФК (Омск, 2004, 2005, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в спортивных играх» (Омск, 2005), «Актуальные проблемы физической культуры и здорового образа жизни» (Сургут, 2008), 1-м съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Сочи, 2005), итоговых научных конференциях аспирантов и молодых ученых института спорта и туризма Югорского государственного университета (Ханты-Мансийск, 2007, 2008, 2009,

2010), VI Всероссийском симпозиуме «Вариабельность ритма сердца и медленные колебательные процессы в организме человека» (Новокузнецк,

2011).

Диссертационное исследование выполнено в рамках НИР Сибирского государственного университета физической культуры и спорта в соответствии с темой 02.02 сводного плана НИОКР.

Материалы исследования вошли в итоговый отчет о проведении научно-исследовательской работы «Межсистемные физиологические механизмы развития эффектов нейробиоуправления в альфа диапазоне у людей с различным функциональным состоянием», выполненной в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук, Государственного контракта № П442 от 31 июля 2009 г.

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 в зарубежном издании.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, библиографического указателя, приложения. Работа содержит 15 таблиц и 14 рисунков. Библиографический указатель включает 212 источников (108 отечественных и 104 зарубежных).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Организация исследования. Исследование выполнялось в течение 2006 — 2010 годов на базе кафедры медико-биологических основ физической культуры и спорта и научно-исследовательского института деятельности в экстремальных условиях Сибирского государственного университета физической культуры и спорта. Предварительное исследование вариабельности ритма сердца было выполнено у 1488 человек женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет в 2003 - 2010 годах.

Для проверки взаимосвязи биоэлектрической активности мозга у спортсменов с уровнем относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты были сформированы опытная и контрольная группы.

В опытной группе уровень относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты был выше 44%. В контрольной группе уровень относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты лежал в диапазоне 20 — 44%, а относительная мощность в диапазоне низкой и высокой частоты не превышала среднего уровня.

Опытную группу составили 30 добровольцев - спортсмены различных специализаций, имеющие квалификацию от 1-го разряда и выше. Выбытие из исследования не отмечалось. Возраст участников опытной группы был 21,1 ± 2,2 года. Лица мужского пола — 20, женского — 10.

Контрольную группу составили 47 добровольцев — спортсмены различных специализаций, имеющие квалификацию от 1-го разряда и выше. Возраст участников контрольной группы был 20,5 ±1,1 года. Лица мужского пола - 23, женского — 24.

Критерии исключения из выборки контрольной и опытной группы: возраст менее 17-и и более 25-и лет; таламический, стволовой тип ЭЭГ, ЭЭГ с признаками диффузного поражения мозга, поражения срединных структур и ствола мозга, поражения срединных или глубинных структур полушарий, признаки поверхностного фокуса поражения мозга.

Методы исследования. Запись ритмограммы сердца проводили при помощи электрокардиографа «Полиспектр-8ЕХ» по протоколу коротких записей, длительность записи составляла 5 минут, анализ вариабельности ритма сердца - при помощи программы «Полиспектр-Ритм». Оценка биоэлектрической активности мозга проводились при помощи 21-канального электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр-5» по стандартной методике. В качестве референта (А) использовались электроды на мочках ушей. 19 электродов располагались по международной схеме 10-20. Запись ЭЭГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами (фоновая ЭЭГ). Количественная ЭЭГ включала периодометрический и спектрально-частотный анализ.

Методика воздействия. Сеансы НБУ проводились при помощи многоканального интерфейса биоуправления БИ-012 и БИ-02 (ИМББ, Новосибирск). НБУ было направлено на увеличение спектральной мощности ЭЭГ в диапазоне альфа ритма в отведении С3А1. Курс НБУ состоял из 15 сеансов, проводившихся 1 раз в день в первой половине дня. Сеансы проводились сериями по 5 сеансов с перерывом на 2 дня. Курс состоял из 2-х микроциклов (Еремеев С.И., Еремеева О.В., Зверева E.H., 2005).

Статистическая обработка проводилась при помощи программы Statsoft Statistica 6.0 и включала в себя описательные статистики, анализ нормальности распределения и анализ достоверности различий с применением критерия Wilcoxon для связанных выборок, критерия Mann-Whitney для несвязанных выборок, и метода ANOVA. Корреляционный анализ -

непараметрический коэффициент корреляции Спирмена. Сильными связями считались связи с коэффициентом корреляции R > 0,7. Для всех видов анализа был принят критический уровень значимости р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для решения первой задачи на начальном этапе исследования были проанализированы концепции, используемые в анализе вариабельности ритма сердца. Из теории векторного кодирования и трехфакторной концепции модуляции сердечного ритма (Соколов E.H., 1995; Данилова H.H., 1995) была взята типология модуляции ритма сердца. Однако было установлено, что прямой перенос в практику методики и критериев типологии затруднен в связи с тем, что возможности современных аппаратно-программных комплексов изменились. Это вызвало необходимость уточнить границы колебаний мощности модуляторов, применяя современные информационные технологии.

Было сделано предположение о том, что вместо параметров факторной нагрузки можно использовать параметры относительной мощности спектра. Таким образом, в качестве критерия группировки спортсменов была избрана относительная спектральная мощность вариабельности сердечного ритма (%VLF - %LF - %HF), что характеризует баланс трех модуляторов сердечного ритма (Данилова H.H., 1995). Общая спектральная мощность сердечного ритма в диапазоне 0,003 - 0,4 Гц была принята равной 100%. Диапазон очень низкой частоты (0,003 - 0,04 Гц) был сопоставлен с активностью метаболического модулятора, низкой частоты (0,04 — 0,15 Гц) был сопоставлен с активностью сосудистого модулятора, высокой частоты (0,15 - 0,4 Гц) был сопоставлен с активностью дыхательного модулятора сердечного ритма (Данилова H.H., 1995). Границы верхнего квартиля в пространстве параметров %HF-%LF и %HF-%VLF образовало пространство эгалитарной модуляции (от французского Г égalité - равенство). Если значение параметра превышало уровень верхнего квартиля - вектор попадал в пространство либо дыхательной, либо сосудистой, либо метаболической модуляции — диагностировалось доминирование соответствующего модулятора сердечного ритма.

В целях нормирования вкладов трех модуляторов в вариабельность ритма сердца были определены значения их относительной спектральной мощности, соответствующие уровню верхнего квартиля в исследованной выборке 1488 человек обоего пола в возрасте 17 — 25 лет. По результатам предварительного исследования относительной спектральной мощности было установлено, что пороговый уровень составил для %VLF > 44%; %LF > 47%; %HF > 40%.

Для решения второй задачи у спортсменов были изучены спектрально-частотные параметры ритмических процессов головного мозга. В контрольной группе спортсменов наибольший уровень средней мощности спектра среди отведений фоновой ЭЭГ был в полюсном левом лобном, срединном лобном и срединном париетальном отведениях.

Достоверные различия между уровнями средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ спортсменов контрольной и опытной группы были выявлены в отведениях Брі, Р4, С4, Сг, Р3, Р4, Рг, Оь 02, Р7, Р8, Т3, Т4, Т5, Т6, причем средняя спектральная мощность фоновой ЭЭГ спортсменов опытной группы была больше ВО всех ЭТИХ отведениях, кроме Брь Бу, Тз.

Групповые особенности взаимодействия центральных осцилляторов нервной системы были также оценены при помощи анализа локализации схожих темпоральных паттернов. Мерой схожести темпоральных паттернов выступал коэффициент корреляции Спирмена. Отведения, в которых выполнялись условия отбора корреляционных связей, были объединены на рисунке сплошными линиями (рис. 1).

1 - дельта индекс

2 - тета индекс

3 - альфа индекс

4 - низкочастотный бега индекс

5 - высокочастотный бега индекс

1 — дельта индекс

2 - тега индекс

3 - альфа индекс

4 - низкочастотный бега индекс

5 - высокочастотный бета индекс

Рис. 1. Сильные корреляционные связи между отведениями по индексам фоновой ЭЭГ у спортсменов контрольной (слева) и опытной (справа) группы до воздействия

У спортсменов контрольной и опытной группы распределение однотипных темпоральных паттернов осцилляторных процессов было различно во всех частотных диапазонах. Наиболее обширное распределение однотипных осцилляций у спортсменов контрольной группы было найдено в тета и в высокочастотном бета диапазоне. У спортсменов опытной группы

и

корреляционные плеяды индексов были менее сложными, а наиболее обширное однотипное распределение осцилляций было найдено в альфа, тета и дельта диапазоне.

Для решения третьей задачи были проведены сопоставления параметров вариабельности ритма сердца с позиций двухфакторной и трехфакторной концепции модуляции сердечного ритма. Особенности осцилляторных периферических процессов были заданы критериями включения в группу. В контрольной группе "/оУи составлял 21,7 ± 6,4%. В опытной группе составлял 54,9 ± 8,4% (р<0,05).

Спортсмены со средней активностью трех модуляторов и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имели эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы, отношение ЦУШ7 составило 0,909 ± 0,288 и 1,051 ± 0,316 соответственно.

Вместе с тем, спортсмены опытной группы в сравнении со спортсменами контрольной группы имели ряд особенностей параметров периферических осцилляторных процессов, связанных с сердечным ритмом. До воздействия между контрольной и опытной группами было установлено 16 достоверно различающихся параметров ВРС.

Достоверные различия между группами были обнаружены в параметрах спектрально-частотного анализа вариабельности ритма сердца. У спортсменов опытной группы по сравнению со спортсменами контрольной группы среди параметров спектрально-частотного анализа достоверно меньше были и абсолютная и относительная мощность спектра в диапазоне низкой и высокой частоты. Достоверно больше была относительная мощность спектра в диапазоне очень низкой частоты, но достоверные различия абсолютной мощности спектра в диапазоне очень низкой частоты выявлены не были, как не были обнаружены и достоверные различия общей мощности спектра вариабельности сердечного ритма.

Достоверные различия между группами были обнаружены в параметрах корреляционной ритмограммы 17\у, 8, то есть площадь облака рассеивания у спортсменов экспериментальной группы было достоверно меньше и имело форму достоверно более узкого эллипса.

Также, достоверные различия между группами были обнаружены в первичных и вторичных параметрах кардиоинтервалографии. У спортсменов экспериментальной группы по сравнению со спортсменами контрольной группы были достоверно больше ЧСС, ИВР, ВПР, ИН, достоверно меньше были М, Мо, Ме, ВРазм.

Сопоставление двух методических подходов к оценке параметров вариабельности ритма сердца, а именно двухфакторной и трехфакторной концепций модуляции сердечного ритма, позволило установить существование различий в оценках функциональных состояний на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Таким образом, типология модуляции сердечного ритма на основе трехфакторной концепции позволяет более детально классифицировать функциональное состояние человека по параметрам периферических осцилляторных процессов нервной системы.

Для решения четвертой задачи нами были повторены исследования комплекса рассмотренных параметров после воздействия курса НБУ по протоколу повышения спектральной мощности альфа ритма.

Кумулятивный эффект курса НБУ по параметрам, характеризующим функциональное состояние центральных осцилляторов, был выражен как по спектрально-частотным, так и по временным параметрам ЭЭГ.

Курс НБУ оказал системное воздействие, достоверно снизив среднюю спектральную мощность фоновой электроэнцефалограммы у спортсменов опытной группы в симметричных отведениях Т3, Т4; Т5, Т6; Р3, Р4; С3, С4; Р3, Р4 и в отведениях и Рг. Достоверные изменения в отведении Съ выявлены не были. В результате ростро-каудальный градиент спектральной мощности уменьшился, но различия остались достоверными между лобным и париетальным отведением. Отмеченная до воздействия межполушарная асимметрия средней спектральной мощности фоновой электроэнцефалограммы в отведениях Т3, Т4; Т5, Тб сохранилась.

После воздействия у спортсменов контрольной группы наибольший уровень средней мощности спектра был локализован в окципитальных отведениях фоновой ЭЭГ. У спортсменов опытной группы наибольший уровень средней мощности спектра был локализован в париетальных отведениях.

Периодометрический анализ, выполненный в стандартных частотных диапазонах, выраженных индексами фоновой ЭЭГ спортсменов опытной группы показал, что воздействие курса НБУ по спектральной мощности ритма в альфа диапазоне в отведении С3А| вызвало кумулятивный эффект. Особенностью эффекта было изменение значений индексов ритмов не только в альфа диапазоне ЭЭГ, но и в иных диапазонах от 1 до 35 Гц (рис. 2).

Следующей особенностью эффекта было то, что он выявлялся не только локально в области отбора сигнала для биологической обратной связи (отведение С3), но и в остальных отведениях, за исключением отведения Р7, где значимых изменений индекса ни в одном из диапазонов ЭЭГ обнаружено не было.

Значение индексов в большинстве диапазонов значимо увеличилось в отведениях Рр1, Ррг, Рз, р8, Тз, С3 по сравнению с исходным уровнем индексов. Избирательное увеличение индекса в одном или в двух диапазонах ЭЭГ было найдено в отведениях ¥г, Р4, Т4, Т6, причем в других частотных диапазонах значимых изменений индексов обнаружено не было.

Уменьшение большинства индексов по сравнению с исходным уровнем было обнаружено в отведениях Т5, Рг, Ог- Избирательное уменьшение индекса в одном или в двух диапазонах ЭЭГ при отсутствии значимых изменений индексов в других частотных диапазонах было обнаружено в отведениях С г, С4, Рз Р4,01.

индексов ритмов фоновой электроэнцефалограммы под влиянием курса нейробиоуправления у спортсменов опытной группы.

Примечание. * - любой индекс ЭЭГ. тг - значимое (р<0,05) уменьшение

индекса. _ - значимые изменения индекса не обнаружены. _■_ - значимое

(р<0,05) увеличение индекса. 5 — дельта индекс. 0 - тета индекс, а - альфа индекс. |31 - низкочастотный бета индекс. Р2 - высокочастотный бета индекс.

Анализ временных параметров взаимодействия ансамблей нейронов в 19-и отведениях после курса НБУ по корреляции Спирмена позволил выявить признаки реорганизации межцентровых связей в ЭЭГ спортсменов как контрольной, так и опытной группы (рис. 3).

Взаимосвязи центральных осцилляторных процессов у спортсменов с 1 метаболическим типом модуляции сердечного ритма в исходном состоянии характеризовались малочисленными корреляционными связями по индексам между отделами головного мозга. После курса нейробиоуправления усилились интегративные процессы, и количество формируемых в нейронных сетях связей заметно увеличилось, произошло усложнение корреляционных плеяд. Изменения межцентровых взаимосвязей свидетельствует об уменьшении 1 проявлений кортикальной гиперактивности и ослаблении дезорганизации ритмических процессов в головном мозге.

4

1 - дельта индекс

2 - тега индекс

3 - альфа индекс

4 - низкочастотный бета индекс

5 - высокочастотный 5 бета индекс

4

1 - дельта индекс

2 - гета индекс

3 - апьфа индекс

4 - низкочастотный бета индекс

5 - высокочастотный бета индекс

Рис. 3. Сильные корреляционные связи между отведениями по индексам фоновой ЭЭГ у спортсменов контрольной (слева) и опытной (справа) группы после воздействия.

Таким образом, были установлены межгрупповые различия спектрально-частотных и временных показателей ЭЭГ у спортсменов опытной и контрольной групп, а также существование генерализованного кумулятивного эффекта от курса НБУ по параметрам средней спектральной мощности и по индексам фоновой ЭЭГ, что отражает изменение характера взаимосвязи центральных осцилляторов нервной системы.

В состоянии периферических осцилляторных процессов, представленных колебаниями ритма сердца в диапазоне очень низкой, низкой и высокой частоты, курс нейробиоуправления вызвал у представителей опытной группы кумулятивный эффект. Достоверно повысились общая мощность спектра (ТР), абсолютные величины спектральной мощности в трех диапазонах (Уи, и, НГ), отношение (и/НЕ) и индекс централизации (ЬГ+Ш^/УЪР, что интерпретируется как увеличение вклада сегментарного уровня вегетативной нервной системы в модуляцию сердечного ритма. Вместе с тем, не было обнаружено достоверных изменений и в параметрах %УЬР, %Ъ¥, %НР, которые отражают баланс модуляторов ритма сердца с позиций трехфакторной концепции. Таким образом, у спортсменов опытной группы периферические

осцилляторы повысили свою активность, но не изменили характер своих взаимоотношений, взаимосвязи периферических осцилляторов остались прежними.

ВЫВОДЫ

1. Верхней границей среднего уровня считалось значение верхнего квартиля относительной мощности спектра. У лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет для относительной мощности в диапазоне очень низкой частоты верхний квартиль составил 44%, низкой частоты - 47%, высокой частоты - 40%. Доминирование модулятора сердечного ритма устанавливалось при условии, что его вклад в вариабельность ритма сердца превышал средний уровень.

2. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора и спортсмены со средней активностью трех модуляторов сердечного ритма различались значениями частотных и временных параметров ритмической активности головного мозга. Средняя мощность спектра фоновой электроэнцефалограммы в группе с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма была достоверно больше в отведениях ¥4, Р8, Сг, С4, Т4, Т5, Рз, Рг, Р4, Тб, О], О2, и была достоверно меньше в отведениях Бр), р7, Т3. Различались значения индексов ритмов электроэнцефалограммы в диапазоне дельта, тета, альфа, низко- и высокочастотного бета ритма в большей части отведений.

3. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора и спортсмены со средней активностью трех модуляторов сердечного ритма различались локализацией и структурой корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга. Различия корреляционных плеяд прослеживались во всех частотных диапазонах электроэнцефалограммы.

4. Спортсмены со средней активностью трех модуляторов и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имели эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы.

5. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора в сравнении со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма, имели достоверно меньшие абсолютную и относительную мощность спектра в диапазоне низкой и высокой частоты, среднюю арифметическую, моду, медиану и вариационный размах длительности кардиоинтервалов. Облако рассеивания скаттерограммы имело меньшую ширину и площадь. Были больше относительная мощность спектра в диапазоне очень низкой частоты, частота сердечных сокращений, индекс вегетативного равновесия, вегетативный показатель ритма, индекс напряжения.

6. Курс нейробиоуправления у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма вызвал эффекты в виде изменения ритмической активности головного мозга, в частности, достоверно снизив среднюю спектральную мощность фоновой электроэнцефалограммы в

отведениях Т3, Т4; Т5, Т6; F3, F4; С3, С4; Р3, Р4; Fz и Pz. В результате уменьшился ростро-каудальный градиент спектральной мощности. Изменились значения индексов ритмов не только в альфа диапазоне ЭЭГ, но и в иных диапазонах от 1 до 35 Гц. Эффект выявлялся не только локально в области отбора сигнала для биологической обратной связи (отведение Сз), но и в остальных отведениях, за исключением отведения F7.

7. После курса нейробиоуправления произошла перестройка временных связей внутри коры больших полушарий в фоновом состоянии, некоторые ансамбли нейронов приобрели функциональную независимость. Вместе с тем наблюдался процесс интеграции деятельности ансамблей нейронов, сформировались новые корреляционные связи, изменился состав и количество связей в корреляционных плеядах, существовавших до воздействия. Реорганизация межцентрового взаимодействия была отмечена в диапазоне дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета ритмов.

8. После курса нейробиоуправления у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма произошло достоверное изменение периферических осцилляторных процессов. Увеличились общая мощность спектра, абсолютные величины спектральной мощности в трех диапазонах, отношение мощности низкочастотного и высокочастотного компонента, индекс централизации, ширина, соотношение осей и площадь облака рассеивания, среднеквадратичное отклонение продолжительности и вариационный размах кардиоинтервалов. Уменьшился индекс вегетативного равновесия. Достоверных изменений в параметрах относительной спектральной мощности сердечного ритма обнаружено не было. Взаимоотношение трех модуляторов осталось неизменным.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Еремеева О.В. Организация мониторинга вегетативных показателей в ходе тренинга с адаптивной обратной связью по а ритму головного мозга / О.В. Еремеева // Проблемы совершенствования физической культуры, спорта и олимпизма в Сибири: Материалы конференции молодых ученых. - Омск: Изд-во СибГУФК, 2004.-С. 162-164.

2. Еремеев С.И. Методика тренинга с биологической обратной связью по альфа ритму ЭЭГ у представителей спортивных игр массовых разрядов / С.И. Еремеев, О.В. Еремеева, E.H. Зверева // Современные технологии в спортивных играх: Материалы всероссийской научно-практической конференции. — Омск: Изд-во СибГУФК, 2005. - С. 138-143.

3. Eremeyev S.I. The topical and temporal changes in quantitative electroencephalography of high qualification athletes of different specializations during one year training process / S.I. Eremeyev, O.V. Eremeyeva, V.S. Kormilez // European journal of natural history. - 2008. - N 4. - P. 48—49.

4. Еремеева О.В. Электроэнцефалографическая функциональная проба произвольного усиления мощности ритма мозга в альфа диапазоне и ее результаты у спортсменов, прошедших курс нейробиоуправления / О.В. Еремеева //Вестник Югорского университета. - 2008. - Т. 10. - № 3. -С. 39-47.

5. Еремеева О.В. Кросскорреляционная функция электроэнцефалограммы спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма в динамике курса нейробиоуправления по альфа протоколу / О.В. Еремеева // Журнал Российской ассоциации по спортивной медицине и реабилитации больных и инвалидов. - 2008. - Т 25. - № 2. - С. 11-12.

6. Еремеев С.И. Динамика активности модуляторов ритма мозга у спортсменов в соревновательном периоде макроцикла по данным спектрального анализа количественных электроэнцефалограмм и ее регуляция средством нейробиоуправления / С.И. Еремеев, О.В. Еремеева, B.C. Кормилец // Вестник ЮГУ. - 2008. - № 4. - С. 35-43.

7. Индексы фоновой электроэнцефалограммы спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма и кумулятивный эффект нейробиоуправления / С.И. Еремеев, О.В. Еремеева, Л.Г. Харитонова, B.C. Кормилец // Фундаментальные исследования. -2010.-№9.-С. 14-19.

8. Еремеев С.И. Типология модуляции сердечного ритма на основе трехфакторной концепции и нормативные величины показателей спектрального анализа вариабельности ритма сердца в популяции здоровых людей в возрасте 17-27 лет / С.И. Еремеев, О.В. Еремеева, B.C. Кормилец //Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине: Сборник научных трудов VI Всероссийского симпозиума 24-27 мая НИИ КПГПЗ СО РАМН, Новокузнецк. - Новокузнецк: Изд-во КузГПА. - 2011. - С. 113-120.

9. Еремеева О.В. Кумулятивный эффект нейробиоуправления по показателям индексов фоновой электроэнцефалограммы спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма / О.В. Еремеева, B.C. Кормилец, С.И. Еремеев // Бюллетень Сибирской медицины. - 2011. - № 1. - С. 25-31.

Ю.Еремеев С.И. Нормативные величины показателей спектрального анализа вариабельности ритма сердца в популяции здоровых женщин и мужчин в Северном Приобье / С.И. Еремеев, О.В. Еремеева, B.C. Кормилец // Вестник Южно-Уральского университета. - 2011. - Т. 243. - № 26. -Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». - вып. 28. — С. 104-107.

11. Особенности показателей спектрального анализа вариабельности сердечного ритма у людей в возрасте 18-27 лет с различными типами его модуляции / С.И. Еремеев, B.C. Кормилец, О.В. Еремеева, П.Б. Татаринцев // Вестник Южно-Уральского университета. - 2012. - Т. 267. - № 8. - Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». - вып. 30. -С. 52-55.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВНС — вегетативная нервная система

ВПР - вегетативный показатель ритма

ВРазм - вариационный размах кардиоинтервалов, мс

ВРС - вариабельность ритма сердца

ИВР - индекс вегетативного равновесия

ИН - индекс напряжения

НБУ - нейробиоуправление, тренинг с биологической адаптивной обратной

связью, направленный на повышение спектральной мощности

электроэнцефалограммы в альфа диапазоне в отведении С3А1

ЧСС - частота сердечных сокращений, мин

ЭЭГ - электроэнцефалограмма, электроэнцефалография

АМо — амплитуда моды, %

HF — high frequency, мощность спектра ритма сердца в области высоких частот, 0,15 — 0,4 Гц, дыхательный модулятор сердечного ритма

HF пи — нормализованная мощность спектра ритма сердца в области высоких частот

LF - low frequency, мощность спектра ритма сердца в области низких частот 0,04 — 0,15 Гц, сосудистый модулятор сердечного ритма

LF пи - нормализованная мощность спектра ритма сердца в области низких частот, 0,04 - 0,15 Гц

LF/HF - отношение мощностей спектра ритма сердца в области низких и высоких частот

L/w - отношение длинной и короткой оси облака рассеивания скаттерограммы

М - среднее арифметическое

Me — медиана, среднее геометрическое

Мо - мода, среднее гармоническое

S — площадь облака рассеивания скаттерограммы

TP — total power, тотальная мощность спектра в диапазоне 0,001 — 0,4 Гц. VLF - very low frequency, мощность спектра ритма сердца в области очень

низких частот, 0,003 — 0,04 Гц, метаболический модулятор ритма w — ширина облака рассеивания скаттерограммы

%HF — относительная мощность спектра ритма сердца в области высоких частот, 0,15 — 0,4 Гц, дыхательный модулятор сердечного ритма %LF - относительная мощность спектра ритма сердца в области низких частот 0,04 — 0,15 Гц, сосудистый модулятор сердечного ритма

%VLF — относительная мощность спектра ритма сердца в области очень низких частот, 0,003 - 0,04 Гц, метаболический модулятор сердечного ритма

Подписано в печать 10.04.2012 Формат 60*84/16. Бумага офсетная. Печать ризография. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Уч. изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 0401

ОАО «Информационно-издательский центр»

628006, г. Ханты-Мансийск, ул. Мира, 5 Телефон: 32-15-81, E-mail: 321581@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Еремеева, Ольга Васильевна, Архангельск

61 12-3/1325

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭФФЕКТОВ БИОУПРАВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛАМИ МОЗГА У СПОРТСМЕНОВ С ДОМИНИРОВАНИЕМ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА СЕРДЕЧНОГО РИТМА

03.03.01 - Физиология

На правах рукописи

Еремеева Ольга Васильевна

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Л.Г. Харитонова

Архангельск - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ....................................................................4

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................6

ГЛАВА 1. МЕХАНИЗМЫ МОДУЛЯЦИИ РИТМОВ И ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ И УПРАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ СОСТОЯНИЕМ.....................................................................................................16

1.1. Методология исследования и анализ научного контекста проблемы оценки и регуляции функционального состояния человека.........................16

1.2. Оценка функционального состояния человека по данным о характере модуляции ритма сердца (вариабельности ритма сердца)............................25

1.3. Нейробиоуправление, ритмы мозга и ритмы сердца..............................31

1.4. Анализ методик нейробиоуправления......................................................33

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................41

2.1. Организация исследования........................................................................41

2.2. Методы исследования.................................................................................43

2.3. Статистический анализ...............................................................................44

2.4. Методика воздействия (нейробиоуправления)........................................45

ГЛАВА 3. СОСТОЯНИЕ ЦЕНТРАЛЬНЫХ И ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ОСЦИЛЛЯТОРНЫХ ПРОЦЕССОВ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ У СПОРТСМЕНОВ С ДОМИНИРОВАНИЕМ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА РИТМА СЕРДЦА И ЭФФЕКТЫ КУРСА НЕЙРОБИОУПРАВЛЕНИЯ.................................................................................47

3.1. Разработка типологии модуляции ритма сердца........................................47

3.2. Нормирование параметров относительной спектральной мощности вариабельности сердечного ритма у лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет............................................................................................................50

3.3. Характеристика спортсменов опытной и контрольной группы и их тренировочного процесса...................................................................................54

3.4. Особенности спектрально-частотных показателей

электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы. 55

3.5. Особенности индексов фоновой электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы..............................................60

3.6. Особенности взаимодействия центральных осцилляторов нервной системы по данным корреляции индексов фоновой электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы..............................................69

3.7. Особенности состояния периферических осцилляторных процессов у представителей контрольной и опытной группы..............................................80

3.8. Эффект курса нейробиоуправления у представителей контрольной и опытной группы..................................................................................................84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................112

ВЫВОДЫ.............................................................................................................121

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................124

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................150

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВПР - вегетативный показатель ритма

ВРазм - вариационный размах кардиоинтервалов, мс

ВРС - вариабельность ритма сердца

ИВР - индекс вегетативного равновесия

ИН - индекс напряжения

КЭЭГ - количественная электроэнцефалограмма

НБУ - нейробиоуправление, тренинг с биологической адаптивной обратной

связью, направленный на повышение спектральной мощности

электроэнцефалограммы в альфа диапазоне в отведении C3Ai

ПАПР - показатель адекватности процессов регуляции

ЧСС - частота сердечных сокращений, мин

ЭКГ - электрокардиограмма

ЭЭГ - электроэнцефалограмма, электроэнцефалография ЭЭГ-БОС тренинг - нейробиоуправление АМо - амплитуда моды, %

HF - high frequency, мощность спектра ритма сердца в области высоких

частот, 0,15 - 0,4 Гц, дыхательный модулятор сердечного ритма HF пи - нормализованная мощность спектра ритма сердца в области высоких частот, то есть рассчитанная без учета мощности спектра ритма сердца в области очень низких частот IBMT - integrative body-mind training, интегративная психосоматическая

тренировка, вариант методики саморегуляции LF - low frequency, мощность спектра ритма сердца в области низких частот,

0,04 - 0,15 Гц, сосудистый модулятор сердечного ритма LF пи - нормализованная мощность спектра ритма сердца в области низких частот, рассчитанная без учета мощности спектра ритма сердца в области очень низких частот

LF/HF - отношение мощностей спектра ритма сердца в области низких и высоких частот, отношение гипотетически отражает баланс отделов вегетативной нервной системы L/w - отношение длинной и короткой оси облака рассеивания

скаттерограммы M - среднее арифметическое Me - медиана, среднее геометрическое Mo - мода, среднее гармоническое NREM - поп rapid eyes movement, фаза сна REM - rapid eyes movement, фаза сна, характеризуется быстрыми

движениями глаз S - площадь облака рассеивания скаттерограммы

TP - total power, тотальная мощность спектра в диапазоне 0,001 - 0,4 Гц. VACC - ventral anterior cingulate cortex

VLF - very low frequency, мощность спектра ритма сердца в области очень

низких частот, 0,003 - 0,04 Гц, метаболический модулятор ритма w - ширина облака рассеивания на скаттерограмме

%HF - относительная мощность спектра ритма сердца в области высоких

частот, 0,15 - 0,4 Гц, дыхательный модулятор сердечного ритма

%LF - относительная мощность спектра ритма сердца в области низких

частот 0,04 - 0,15 Гц, сосудистый модулятор сердечного ритма

%VLF - относительная мощность спектра ритма сердца в области очень

низких частот, 0,003 - 0,04 Гц, метаболический модулятор сердечного ритма

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Изучение особенностей и закономерностей взаимодействия осцилляторных процессов на различных уровнях организации нервной системы актуально для теоретического осмысления особенностей адаптации человека к условиям его трудовой (спортивной) деятельности и адаптации к попыткам вмешаться в регуляцию биоэлектрических осцилляторных процессов мозга с целью оптимизации его функционального состояния.

Диагностика и регуляция функционального состояния человека продолжает оставаться актуальной задачей [60, 4]. В диагностике широко используются методы оценки функциональной активности отделов вегетативной нервной системы [57, 2, 45, 107, 100, 101, 113, 114, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 168, 169, 170]. Менее широко используются методы диагностики функционального состояния, основанные на оценке спонтанной активности центральной нервной системы [72, 102, 68, 143] и параметров вызванных потенциалов [47, 48], хотя этот подход продемонстрировал свою информативность.

В большинстве публикаций исследователи функционального состояния спортсменов применяют методологический подход, основанный на структурно-функциональной классификации вегетативной нервной системы, что, безусловно, оправдано при анализе функции висцеральных систем организма. Ставшие доступными методы спектрального анализа волновых процессов преимущественно применяются для получения параметров, характеризующих активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы [107, 153, 205, 115, 132, 133]. То есть используется двухфакторная концепция модуляции ритма сердца, хотя потенциальные возможности метода позволяют выявлять параметры большего числа факторов.

Анализ физиологических механизмов деятельности головного мозга и его функционального состояния опирается на большое число моделей,

предназначенных для описания различных уровней его организации [130]. Концепция векторного кодирования информации в нервной системе полагает, что функциональное состояние может быть отображено векторами в пространстве параметров. Размерность пространства зависит от количества анализируемых параметров. Осцилляторные процессы головного мозга в целях анализа подразделяются, как минимум на пять частотных диапазонов, что предопределяет соответствующую размерность пространства параметров [79, 80,81,82, 83,84].

Концепция векторного кодирования была развита для характеристики двигательной функциональной и автономной нервной системы [24, 25, 26, 27]. Согласно этой концепции функциональное состояние человека представляет собой «специфические типы связей осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях». Центральный уровень осцилляторных процессов представлен ритмической активностью головного мозга. Периферический уровень осцилляторных процессов представлен сердечным ритмом, который находится под модулирующим контролем как минимум трех ритмически работающих осцилляторов: метаболического, сосудистого и дыхательного. Показано, что трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма более полно описывает дисперсию его показателей, доказана ее универсальность в онтогенезе [25, 26, 27, 28, 29].

Структурно-функциональная модель нервной системы как системы осцилляторов считается адекватной и используется для оценки работоспособности и вигильности человека, его сна [191, 192, 193, 134, 152]. Трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма и оценка выявляемой в этом случае спектральной мощности в диапазоне очень низкой частоты лежит в основе целого ряда исследований [100, 101, 211, 212]. Данные о влиянии повышенной активности метаболического модулятора сердечного ритма на центральные осцилляторные процессы у спортсменов в публикациях найдены не были.

Задача регуляции функционального состояния спортсменов остается актуальной, ее решают фармакологическими и нефармакологическими средствами. Среди немедикаментозных средств регуляции состояния спортсмена заслуженное место заняло нейробиоуправление [125]. Отмечены позитивные эффекты у спортсменов от применения курса нейробиоуправления по протоколу повышения спектральной мощности альфа ритма в биполярном отведении С3Р3 и определенные негативные эффекты при получении сигнала обратной связи в биполярном отведении С4Р4, которые заставили участников отказаться от курса [94]. Вместе с тем, физиологические особенности влияния нейробиоуправления изучены недостаточно [207, 136, 137, 208, 145, 183, 184, 146]. Сохраняется неопределенность в ответе на вопрос о том, в каком отведении повышение спектральной мощности в альфа диапазоне электроэнцефалограммы обуславливает описываемые эффекты нейробиоуправления.

Проблема исследования. Остаются предметом дискуссии вопросы об особенностях взаимосвязи ритмической активности, межцентровых взаимосвязей ритмов в отделах головного мозга с уровнем активности отделов вегетативной нервной системы и метаболического модулятора сердечного ритма, а также об особенностях эффектов биоуправления потенциалами мозга у спортсменов высокой квалификации.

Объект исследования. Биоэлектрические осцилляторные процессы в нервной системе у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма как особенности адаптации к их трудовым условиям.

Предмет исследования. Физиологические эффекты биоуправления потенциалами мозга у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.

Цель исследования. Цель работы - определить особенности временных и частотных параметров электроэнцефалограммы, вариабельности ритма сердца и выявить эффекты курса биоуправления с

адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.

Задачи исследования. Для достижения цели были поставлены следующий задачи:

1. Уточнить диапазон средних значений относительной мощности спектра вариабельности ритма сердца в диапазоне очень низкой, низкой и высокой частоты как критерия доминирования модулятора сердечного ритма у лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет.

2. Изучить частотные и временные особенности и выявить структуру корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга у спортсменов с доминированием метаболического модулятора в сравнении со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма.

3. Изучить особенности вариабельности ритма сердца по параметрам спектрально-частотного анализа, корреляционной ритмограммы и кардиоинтервалографии у спортсменов с доминированием метаболического модулятора в сравнении со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма.

4. Выявить эффекты курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А] электроэнцефалограммы на ритмическую активность и межцентровые взаимосвязи ритмов головного мозга, на состояние модуляции сердечного ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.

Гипотеза исследования. Изменение периферических осцилляторных процессов (ритм сердца) сочетается с изменением центральных осцилляторных процессов (ритмы головного мозга). Курс нейробиоуправления, направленный на повышение спектральной мощности ЭЭГ в монополярном отведении С3А1 оказывает кумулятивный эффект,

который обусловлен реорганизацией взаимосвязей как центральных, так и периферических осцилляторов нервной системы.

Положения, выносимые на защиту.

1. Значения нижнего и верхнего квартиля, выражающие границы средней величины относительной мощности спектра вариабельности ритма сердца у лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет, составляют в диапазоне очень низкой частоты 22 - 44%, низкой частоты 26 - 47%, высокой частоты 17 - 40%. Превышение относительной мощностью спектра в диапазоне очень низкой, низкой или высокой частоты значения соответствующего верхнего квартиля отражает доминирование одного из модуляторов сердечного ритма.

2. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора различаются со спортсменами, имеющими среднюю активность трех модуляторов сердечного ритма, значениями частотных и временных параметров электроэнцефалограммы, а также структурой корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга.

3. Спортсмены со средней активностью трех модуляторов и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы. Обе группы спортсменов демонстрируют особенности параметров периферических осцилляторных процессов, в частности спектрально-частотного анализа вариабельности ритма сердца, корреляционной ритмограммы и кардиоинтервалографии.

4. Эффект курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А1 электроэнцефалограммы у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма выражается достоверными изменениями ритмической активности и межцентровых взаимосвязей ритмов головного мозга, а также состояния модуляции сердечного ритма.

Научная новизна исследования. Результаты исследования позволили уточнить значения границ среднего уровня параметров спектрального анализа вариабельности ритма сердца у здоровых женщин и мужчин в возрасте 17-25 лет и обосновать критерии для определения доминирующего типа модуляции сердечного ритма.

Впервые получены доказательства взаимосвязи повышенной относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты с изменением частотных и временных параметров ритмической активности головного мозга, что проявляется повышенной по сравнению с контролем уровнем средней спектральной мощности фоновой электроэнцефалограммы в моторных и сенсорных кортикальных полях у спортсменов, а также различиями индексов ритмов электроэнцефалограммы в диапазоне дельта, тета, альфа, низко- и высокочастотного бета ритма в большей части отведений.

Установлено, что доминирование метаболического модулятора сердечного ритма сочетается с меньшим числом сильных корреляционных связей дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета индексов электроэнцефалограммы.

Впервые установлено, что спортсмены со средним уровнем активности трех модуляторов сердечного ритма и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы.

Курсовое использование нейробиоуправления, направленного на повышение спектральной мощности в альфа диапазоне ЭЭГ в монополярном отведении С3-А1 у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма вызывает усиление процессов интеграции функции центральных осцилляторов нервной системы. Эффект нейробиоуправления проявл