Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Стохастическая и хаотическая динамика параметров вариабельности сердечного ритма при дозированной физической нагрузке у спортсменов

ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Стохастическая и хаотическая динамика параметров вариабельности сердечного ритма при дозированной физической нагрузке у спортсменов"

На правах рукопис

ШИМШИЕВА Ольга Низамиевна

СТОХАСТИЧЕСКАЯ И ХАОТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ПАРАМЕТРОВ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ДОЗИРОВАННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У СПОРТСМЕНОВ

03.01.09 - Математическая биология, биоинформатика (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 5 ПАР 2015 005561307

Сургут - 2015

005561307

Работа выполнена в ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Логинов Сергей Иванович, ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры».

Оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Капилевич Леонид Владимирович, кафедра биофизики ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»;

кандидат биологических наук

Сафин Руслан Маратович,

старший преподаватель кафедры медико-

биологических дисциплин и безопасности

жизнедеятельности ГОУ ВПО ХМАО - Югры

«Сургутский государственный педагогический

университет».

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет)

Защита состоится «18» апреля 2015 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.05 при ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры» по адресу: 628412, Тюменская область, г. Сургут, пр. Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры» по адресу: 628412, Тюменская область, г. Сургут, пр. Ленина, 1 и на сайте http://www.surgu.ru

Автореферат разослан

марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор С.Н. Русак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Влияние физических нагрузок, в том числе и моделируемых в различных условиях, принято оценивать с позиций детерминизма и стохастики методами вариационной статистики. При этом предполагается, что на относительно коротких временных интервалах, реакции организма носят линейный, доза-зависимый характер (Козупица Г.С., 2010; Вишневский В.А., 2012).

С другой стороны, с позиций теории хаоса и самоорганизации сложных систем (complexity), организм спортсмена является биологической системой с хаотической динамикой поведения, которую, по определению, необходимо изучать с помощью адекватных методов, таких как метод многомерных фазовых пространств состояний, идентификации параметров порядка квазиаттракторов вектора состояния организма человека, расчета матриц межаттракторных расстояний (Еськов В.М., Хадарцев А.А., Филатова О.Е., Еськов В.В., 2004-2014). Данных, касающихся вариабельности сердечного ритма при дозированных физических нагрузках с помощью вышеуказанных методов изучения недостаточно.

Известно также, что для достижения высоких результатов в спорте необходимо систематическое выполнение весьма значительных объемов физических нагрузок (Селуянов В.Н., 2001; Исаев А.П., 2012). На Севере РФ влияние физических нагрузок сочетается с воздействием неблагоприятных природно-климатических условий, которые характеризуются в целом как дискомфортные (Русак С.Н., 2012; Еськов В.М., 2000-2014; Карпин В.А., 2003-2006, Филатова О.Е., 2002-2014). Такое сочетание вместе с недостаточно развитой информационно-методологической и технологической базой спорта вынуждает легкоатлетов Ханты-Мансийского автономного округа периодически выезжать на Юг России для проведения учебно-тренировочных сборов. Но, при перемещении в другие географические широты с иными климатическими условиями организм спортсменов претерпевает серьезные физиологические изменения, которые на сегодняшний день изучены также недостаточно (Матюхин В.А., Разумов А.Н., 2009; Логинов С.И., 2008, 2014; Гудков А.Б., 2010-2013; Филатов М.А., 2012; Коваленко Л.В., 2010-2012), что в значительной мере и определяет актуальность настоящего исследования.

Цель исследования: выявить особенности изменения параметров вариабельности сердечного ритма под влиянием дозированной физической нагрузки в разных состояниях у спортсменов, занимающихся скоростно-си-ловыми видами легкой атлетики в условиях ХМАО - Югры с использованием методов многомерных фазовых пространств.

Задачи исследования

1. Установить с помощью методов математической статистики особенности динамики показателей вариабельности сердечного ритма спортсменов ХМАО - Югры в условиях физиологического покоя и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

2. Выявить методом многомерных фазовых пространств состояний хаотическую динамику квазиаттракторов показателей вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

3. Идентифицировать ведущие параметры порядка вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

4. Доказать, связанные с полом различия путем расчета матриц межаттракторных расстояний между хаотическими центрами квазиаттракторов вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

Научная новизна работы

1. С использованием методов традиционной статистики впервые установлены особенности вариабельности сердечного ритма спортсменов ХМАО - Югры, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, в условиях физиологического покоя и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

2. Методом многомерных фазовых пространств состояний впервые выявлена хаотическая динамика движения квазиаттракторов показателей временной и спектральной областей вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

3. Впервые идентифицированы ведущие параметры порядка вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

4. Получены доказательства, объективно свидетельствующие о связанных с полом различиях, выявленных путем расчета матриц межаттракторных расстояний между хаотическими центрами квазиаттракторов вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ.

Практическая значимость работы

Установленные особенности вариабельности сердечного ритма спортсменов до и после дозированной физической нагрузки в различных местах пребывания на Севере и Юге РФ позволяют вести научно обоснованную

коррекцию тренировочного процесса легкоатлетов в условиях ХМАО -Югры.

Идентифицированные с помощью метода многомерных фазовых пространств состояний показатели вариабельности сердечного ритма предоставляют возможность минимизировать число измеряемых параметров, необходимых и достаточных для успешной тренировки и мониторинга здоровья спортсменов в условиях ХМАО - Югры.

Выявленные различия в хаотической динамике параметров вариабельности сердечного ритма, предоставляют возможность научно-обоснованно дозировать тренировочные нагрузки скоростно-силовой направленности в зависимости от пола в климатических условиях ХМАО -Югры.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Традиционные методы статистического оценивания ограниченно выявляют эффекты дозированных физических нагрузок на организм спортсменов в местах тренировок на Севере и Юге РФ.

2. Данные вариабельности сердечного ритма, полученные на основе теории хаоса-самоорганизации сложных систем существенно более информативны для оценки и коррекции тренировочного процесса, поскольку отражают хаотичный характер динамики биосистемы «организм спортсмена -среда пребывания» на Севере и Юге РФ.

3. Метод многомерных фазовых пространств позволяет установить динамику показателей вариабельности сердечного ритма до и после дозированной физической нагрузки, но не дает представления о ведущих параметрах порядка изучаемого явления в условиях пребывания на Севере и Юге РФ.

4. Метод расчета матриц межатгракторных расстояний в дополнение к методу многомерных фазовых пространств состояний корректно выявляет различия динамики параметров вариабельности сердечного ритма в покое и после дозированной физической нагрузки у юношей и девушек в условиях пребывания на Севере и Юге РФ.

На основании результатов анализа показателей вариабельности сердечного ритма предложены практические рекомендации, которые могут быть использованы при спортивном прогнозировании, контроле эффективности и оптимизации тренировочного процесса.

Декларация личного участия автора. Автором лично разработаны задачи и алгоритм исследования, проведен библиографический поиск, получен первичный материал в виде протоколов исследования параметров вегетативной нервной и сердечно-сосудистой систем с помощью метода вариационной пульсометрии спортсменов в городах Сургуте и Кисловодске. Самостоятельно выполнены статистическая обработка данных, расчет параметров квазиатграк-торов ВСО спортсменов по данным ВСР, идентифицированы параметры вариабельности сердечного ритма в покое и после дозированной физической на-

грузки в условиях пребывания на Севере и Юге РФ. Выполнен расчет матриц межаттракторных расстояний и интерпретация данных.

Апробация работы

Результаты работы были доложены на Международной конференции «Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе» (Сургут, 2014), II Всероссийской конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2014), I Всероссийской научно-практической конференции «Здоровый образ жизни и охрана здоровья» (Сургут, 2014), Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития физической культуры, спорта, туризма и социально-культурного сервиса» (Набережные Челны, 2014).

Внедрение результатов исследования

Материалы диссертационной работы используются в научно-исследовательской работе и учебном процессе Сургутского государственного университета ХМАО - Югры, результаты исследования внедрены в практику работы тренеров-преподавателей и методистов по легкой атлетике центра физической подготовки «Надежда» и в районное управление спортивными сооружениями «Центр спортивной подготовки «Атлант»» в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего 175 источника (123 — отечественных и 52 — иностранных). Текст диссертации иллюстрирован 18 рисунками и содержит 15 таблиц.

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Всего в исследовании приняли участие 90 человек (60 спортсменов и 30 не спортсменов) в возрасте 15-17 лет (возраст девушек 15,8±0,67, возраст юношей 15,8±0,86). Спортсмены специализировались в скоростно-силовых видах легкой атлетики и имели квалификацию 1-й и 2-й спортивных разрядов. 30 атлетов (15 юношей и 15 девушек) выезжали на учебно-тренировочный сбор на Юг России (Кисловодск) и приняли участие в четырех исследованиях. 1-й блок измерений проводился в Сургуте до отъезда в Кисловодск, 2-й блок - сразу после перелета в Кисловодск, 3-й блок в конце тренировочного сбора (через 15 дней), 4-й - после возвращения в Сургут (рис. 1).

Север

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Юг

ЮНОШИ ДЕВУШКИ

Покой ДФН Покой ДФН

Север

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Юг

КИСЛОВОДСК ПРИЕЗД

/

го £

г= го

£

КИСЛОВОДСК -ОТЪЕЗД

Рисунок 1. Дизайн исследования

Условные обозначения: ДФН - дозированная физическая нагрузка.

Методом вариационной пульсометрии по P.M. Баевскому и соавт. (1997) изучали параметры вариабельности сердечного ритма. Пульсограм-мы регистрировали с помощью пульсоксиметра «ЭЛСЖС-01С2» и обрабатывали по программе «ELOGRAPH» (Самара, РФ). Динамические характеристики ритма сердечных сокращений позволяли оценить выраженность симпатических и парасимпатических влияний при изменении функционального состояния организма спортсменов.

Фотооптическим датчиком в положении сидя в течение 5 мин регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС), а затем рассчитывали показатели активности симпатического (СИМ) и парасимпатического (ПАР) отделов вегетативной нервной системы (ВНС), стандартного отклонения NN-интервалов (SDNN), индекса напряжения Баевского, а так-же компоненты спектральной мощности ВСР в высокочастотном (HF, 0,15-0,4 Гц), низкочастотном (LF, 0,04-0,15 Гц) и очень низкочастотном (VLF, <0,04 Гц) диапазонах и величину вагосимпатического баланса (LF/HF).

Методы статистического анализа. Систематизацию материала и статистические расчеты выполняли с помощью программы «Statistica 6.0». Для оценки межгрупповых различий использовали критерий Уилкоксона, применительно для групп с непараметрическим распределением. Проверку соответствия данных закону нормального распределения выполняли на основе вычисления критерия Шапиро-Уилкса.

Обработку данных в рамках теории хаоса-самоорганизации сложных систем проводили с помощью программы «Идентификация параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния биосистем в т-мерном фазовом пространстве состояний» (Еськов В.М. и др., 2006), которая позволяла осуществить анализ поведения ВСОЧ для показателей ВСР в покое и после дозированной нагрузки у спортсменов в ш- мерном пространстве. Каждое такое состояние характеризуется вектором: Х=(х/, Х2,...хт)т. Исследование поведения ВСОЧ в m-мерном фазовом пространстве позволило изучить динамику его движения в выбранных фазовых пространствах. В программу поочередно вводили исходные компоненты ВСОЧ в виде матриц/С биосистемы по каждому из к кластеров (всего таких матриц Р), с целью получения матрицы состояний для всех р кластеров в тп - мерном фазовом пространстве (/-бегущий индекс компонента векторах (i=\...,m), а j -номер испытуемого (j = \,...,n). Бегущий индекс кластера к определяет число массивов (групп испытуемых) данных (£=1,.. ,р), т.е. элемент такой (А)

матрицы Cly представляет к -й кластер биосистем, 1-й компонент ВСОЧ для j -го испытуемого. Далее программа рассчитывала координаты граней параллелепипеда объемом Vg, внутри которого находится квазиаттрактор движения ВСОЧ для всех j-x исследуемых j (i=l, 2,...л) из k-го кластера (й=1,2,...р):

Vg = П <4 '

где Vgk - объем к-то параллелепипеда;^,Хцтах) - х,(т-т)~ длина граней параллелепипеда (Interval), х«тах), Xi(min) - координаты крайних точек, совпадающих с нижней и верхней границей области фазового пространства, внутри которого движется ВСОЧ по координате х,;

В итоге, программа рассчитывает весь объем квазиаттракторов (GeneralValue) V=(Vo, Vi...Vp)T, ограничивающих все р квазиаттракторов. Также рассчитывали показатели асимметрии (Asymmetry) стохастического и хаотического центров Х*=(хи, хп ...хы) —Хр=(хР*, хР2х ...хртх) квазиаттракторов для каждого Л-го массива данных

X 1 = (X ¡j ,х ,2 ... X ,т ) ...X р = (X р, ,Х р2 ... X срт )

Далее исследовали степень изменения объема квазиаттракторов для к -го кластера данных до и после уменьшения размерности фазового пространства, для чего вводили параметр R (в исходном приближении вычисляли Ro = (VJ _ V02)/V ')■

После исключения поочередно каждой из / координат вектора X вычисляли вторые приближения параметров R, = (V ■ — V* )/V ' и полу-

чали вектор значений R = (R^,...,Rm)T,т.е., по которому можно было определить уменьшилась или увеличилась относительная величина квазиат-тракторовУ при изменении размерности фазового пространства.

Расчет матриц межаттракторных расстояний. При помощи разработанных программных методов В.М. Еськов, В.В. Еськов, В.В. Козлова, М.А. Филатов (2011) определяли параметр Zi- расстояние между центрами двух квазиаттракторов движения ВСОЧ для к-го кластера до и после уменьшения размерности фазового пространства. При сильном измене-нии Zi делали заключение о существенной (если параметры меняются существенно) или несущественной (параметры почти неизменны) значимости конкретного, каждого Xi компонента ВСОЧ для всего вектора

Xj =(х1,х2,...,хт)т. Очевидно, чем больше расстояние между хаотическим и стохастическим центрами в m-мерном фазовом пространстве, тем сильнее выражена мера хаотичности в динамике поведения вектора состояния организма человека.

Завершали обработку данных формированием и анализом таблиц, с результатами идентификации параметров квазиаттракторов поведения ВСОЧ испытуемых. В таблицах представляли данные размеров Дх„ показатели асимметрии Rx для каждой координаты *,и объемы параллелепипедов Vx.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Спектральные параметры ВСР у девушек в ответ на дозированную физическую нагрузку (ДФН) (бег 30 секунд с высоким подниманием бедра) после перелета из Сургута в Кисловодск возросли: спектральная мощность волн в очень низкочастотном диапазоне (VLF) в 3 раза (с 3737 до 10709 мс2), мощность волн в низкочастотном диапазоне (LF) в 1,5 раза (с 2014 до 3669 мс2), мощность волн в высокочастотном диапазоне (HF) в 4 раза (с 1119 до 4089 мс2), общая мощность спектра (Total) в 3 раза (с 6370 до 18399 мс2), показатель вагосимпатического баланса (LF/HF) уменьшился в 2 раза (с 1,76 до 0,76) (таблица 1). При этом достоверные различия выявлены в изменениях показателей VLF (с 5108 до 3700 мс2), Total (с 26092 до 10366 мс2), LF/HF (с 13502 до 10243 мс2). В конце учебно-тренировочного сбора по сравнению с началом уменьшились показатели VLF в 2 раза (с 10709 до 5581 мс2), LF с 3669 до 2793 мс2, HF в 1,5 раза (4089 до 2682 мс2), Total в 2 раза (с 26092 до 13502 мс2), LF/HF увеличился в 2 раза (0,76 до 1,38 мс2). Достоверные изменения наблюдались по показателям HF, Total и LF/HF. По сравнению с реакцией на нагрузку до отъезда достоверных изменений не наблюдалось, отсюда следует, что по данным показателям организм практически вернулся к исходному состоянию (до отъезда на УТС). После приезда по сравнению с окончанием сбора достоверно значительно увеличились - VLF в 3, LF в 3, HF в 1,5 и Total в 2 раза.

Таблица 1.

Результаты статистической обработки спектральных характеристик вариабельности сердечного ритма девушек в покое и после проведения ДФН при перемещении (Ме±ДИ 0,95)

Параметры ВСР Девушки

Нагрузка СО КП КО СП

уи До ДФН 3589 (2606;7225) 5108 (3064;1108) 3700 (2599;6826) 2910 (2195;4262)

После ДФН 3737 (2629;997б) 10709Г (7972;19043) 5581л (4854;13062) 4245###л (3414;12812)

и До ДФН 4335 (3406; 6646) 3349 (2842; 6412) 4182 (3118; 6441) 4138 (2423; 6400)

После ДФН 2014Л (1582; 4718) 3669 (2534; 4662) 2793 (2307; 4760) 2745Ш (1233; 6382)

да До ДФН 1722 (1499; 4641) 3354 (2496; 5261) 1502** (1014; 3752) 2121*** (1144; 2506)

После ДФН 1119 (918; 5142) 4089 (2877; 7171) 2682## (1717; 4739) 1828### (1317; 4849)

ТоЫ До ДФН 9556 (8399;17706) 10366 (9100; 21761) 8817 (7564;1б187) 9468*** (6520;12412)

После ДФН 8624 (6370;18399) 26092# (14239^0022) 13502## (9562^2146) 10243###л (750Ц22508)

1Л7НР До ДФН 2 87 (1,86; 3,48) 1,66* (1Д1;226) 3,40** (1,77; 5,75) 2,1*** (1,58; 4,31)

После ДФН 1,76 (1,10; 3,24) 0,76#л (0,69; 1,53) 1,38##л (1,07; 2,16) 1,60 (1,16; 2,43)

Условные обозначения:* - данные достоверны между указанными столбцами СО и КП в состоянии относительного покоя при уровне значимости р<0,05 по Вил-коксону;** - данные достоверны между КП и КО в состоянии покоя при уровне значимости р<0,05; *** - данные достоверны между столбцами КО и СП в состоянии покоя при уровне значимости р<0,05; # - данные достоверны между указанными столбцами СО и КП после ДФН при уровне значимости р<0,05; ## - данные достоверны между КП и КО после ДФН при уровне значимости р<0,05; ### - данные достоверны между столбцами КО и СП после ДФН при уровне значимости р<0,05;л -данные достоверны между состоянием покоя и ДФН при уровне значимости р<0,05; Расшифровка показателей дана в тексте и списке сокращений.

Вполне возможно, что данная ситуация обусловлена своеобразной реакцией организма на широтное перемещение с Юга на Север. По сравнению с реакцией на ДФН до отъезда на сбор, спектральные параметры ВСР значительно увеличились: VLF в 5, LF, HF, Total в 3 раза, изменение показателя LF/HF носили недостоверный характер.

Отсюда следует, что сразу после приезда в Кисловодск активность центральных эрготропных и гуморально-метаболических механизмов регуляции сердечного ритма увеличилась, в конце сбора снизилась и практически вернулась к исходному состоянию (до сбора), а после приезда увеличилась в три раза. Так же после переезда произошла активизация парасимпатической нервной системы (ПСНС), в конце сбора активизировалась симпатическая нервная система (СНС), при перемещении с Юга на Север вновь активизировалась ПСНС.

Можно видеть, что отнюдь, не все рассматриваемые параметры вариабельности сердечного ритма статистически достоверно изменились. Рассмотрим динамику вариабельности сердечного ритма с помощью методов теории хаоса-самоорганизации сложных систем.

Воздействие дозированной нагрузки в разных местах пребывания по-разному сказалось на состоянии организма девушек. Общий объем КА спектральных показателей под влиянием ДФН в СО у девушек (таблица 2) увеличился в 4,4 раза (с 5,7><1012 до 25,1 х1012 усл. ед.). Аналогичная нагрузка, проведенная в первые дни после приезда в Кисловодск (КП) вызвала незначительное уменьшение объема КА в ответ на ДФН (с 7,26хЮ12 до 5,77х1012 усл. ед.). После двухнедельного пребывания, перед отъездом га Кисловодска (КО) при проведении ДФН, КА уменьшился в 3 раза (с 19,8* 1012 до6,31><1012усл. ед.).

Таблица 2.

Результаты идентификации параметров квазиаттракторов в 4-х мерном фазовом пространстве спектральных показателей вариабельности сердечного ритма до и после нагрузки у девушек

Интервалы Сургут (отъезд) Кисловодск(приезд) Кисловодск (отъезд) Сургут(приезд)

до после до после до после до после

Vc,y.e. 5,7х1012 25,1х1012 7,26х 1012 5,77х1012 19,80х1012 6,31х1012 87,01х1012 81,21хЮ12

Асимметрия ДО после до после до после ДО после

Rx,y.e. 5018 9159 6964 3980 4904 4591 10875 15306

Условные обозначения: XI -VLF; Х2 - LF; ХЗ - HF;X4 - LF/HF; VX - общий объем квазиаттрактора;гХ - показатель асимметрии.

Общий объем КА в 5-ти мерном фазовом пространстве интегрально-временных показателей девушек под влиянием ДФН в СО уменьшился в

4.4 раза (с 7,62x1 о6 до 1,71х106усл. ед.), что свидетельствует об уменьшении хаотичности после проведения ДФН. В КП аналогичная нагрузка не вызвала сильных изменений объема КА, он увеличился не значительно с 2,2x106 до 1,98хЮ6усл. ед. В КП объем КА в ответ на ДФН уменьшился в 2,6 раза (с 9,8x106 до 3,7x1 О^сл. ед.). После приезда в Сургут объем КА уменьшился в 4,8 раза под влиянием ДФН (с 1,11 хЮ6 до 0,23x10б усл. ед.) (таблица 3).

Таблица 3.

Результаты идентификации параметров квазиатгракгоровв 5-мерном фазовом пространстве интегрально-временных показателей вариабельности сердечного ритма до и после нагрузки у девушек

Интервалы Сургут (отъезд) Кисловодск (приезд) Кисловодск (отъезд) Сургут (приезд)

до после до после до после до после

Ус, у.е. 7,62x106 1,71хЮ6 22хю6 1,98х106 9,8x106 3,7х 106 1,ЦхЮ6 0ДЗх*106

Асимметрия до после до после до после до после

Ях,у.е. 34,02 7,03 35,48 36,88 67,91 41,74 23,15 14,79

Условные обозначения: Х: -БрОг, Х2 - СИМ, Х3 - ПАР, Х4 - ИНБ, Х5 - ЧСС, УХ - общий объем квазиаттрактора; гХ - показатель асимметрии.

Воздействие дозированной нагрузки в разных местах пребывания по-разному сказалось на организме юношей. Общий объем КА под влиянием ДФН в кластере СО у юношей не изменился (3,32><10|2у5 3,35хЮ12усл. ед.), что свидетельствует о малой степени хаотичности системы изначально. Аналогичная нагрузка, проведенная в первые дни после приезда в Кисловодск вызвала увеличение объема КА в 2 раза (11,5х 1 О'^уб 25,3х 1012 усл. ед.). После двухнедельного пребывания (КО) при проведении ДФН, КА уменьшился в 35 раз (с 13,Зх Ю12 до 0,37х 1012усл. ед.). Сразу после приезда в Сургут объем КА в ответ на проведение ДФН практически не изменился (0,77x1 0,2у5 0,85хЮ12усл. ед.), степень хаотичности системы снизилась (таблица 4).

При анализе результатов идентификации параметров КА в 5-ти мерном фазовом пространстве спектральных показателей вариабельности сердечного ритма до/после проведения ДФН у юношей, выявлены следующие результаты. В СО общий объем КА под влиянием ДФН увеличился в 6,6 раз (2,02хЮ6 до 13,34хЮбусл. ед.). В КО объем незначительно уменьшился под влиянием нагрузки (6,26хЮбдо 5,07хЮ6усл. ед.). В КО наблюдается увеличения КА в 3 раза (с 2,13хЮ6 до 6,83x106усл. ед.). Сразу после перелета в Сургут при проведении той же нагрузки КА уменьшился в 1,6 раза (4,73х106уз 2,8x106усл. ед.) (таблица 5).

Таблица 4.

Результаты идентификации параметров квазиаттракторов в 4-мерном фазовом пространстве спектральных показателей вариабельности сердечного ритма до н после нагрузки у юношей

Интервалы Сургут (отъезд) Кисловодск (приезд) Кисловодск (отъезд) Сургут (приезд)

до после до после до после до после

Уо,у.е. 3,32х1012 3,35х 1012 11,5х1012 25,3х 10'2 13,30х1012 0,37х 1012 0,77х 1012 0,85х 1012

Асимметрия до после до после до после ДО после

Юс, у.е. 3848 10269 6434 5755 6084 2301 2553 2765

Условные обозначения: X] - УЬБ; Хг - 1Л7; Хз - ЭТ; Х4 - ЦУШ7; УХ - общий объем квазиаттрактора;гХ- показатель асимметрии.

Таблица 5.

Результаты идентификации параметров квазиаттракгоров в 5-мерном фазовом пространстве интегральных и временных показателей вариабельности сердечного ритма до и после нагрузкн у юношей

Интервалы Сургут (отъезда) Кисловодск(приезд) Кисловодск (отъезд) Сургут (приезд)

ДО после ДО после до после до после

Ус, у.е. 2,02*1$ 13,34х 106 бДбхЮ6 5,07x106 2,13x10е 6,83x10й 4,73x10й 2,8x10®

Асимметрия ДО после до после до после до после

Их, у.е. 23.77 95.26 42.46 68.26 31.10 51.67 44.74 24.18

Условные обозначения: X, -БрО^Хг - СИМ;Х3 - ПАР;Х» - ИНБ;; Х5 - ЧСС, УХ -общий объем квазиаттра!ггора;гХ- показатель асимметрии.

У девушек ведущим параметром порядка, который существенно влияет на поведение вектора спектральных характеристик ВСР в Сургуте (рисунок 2 А), является показатель П% отражающий активность симпатических центров продолговатого мозга, реализующихся преимущественно за счет импульсов от верхнего грудного симпатического ганглия. Симпатическая регуляция приводит к увеличению частоты генерации импульсов в клетках синусного узла, увеличивает скорость проведения импульсов во всех отделах сердца, что связано с увеличением возбудимости клеток, значительно увеличивается сила сокращения миокарда предсердий и желудочков. Таким образом, симпатические нервы стимулируют сердечную деятельность. Максимальная их стимуляция приводит к увеличениючастоты

сердечных сокращений в 3 раза и увеличению силы сердечных сокращений более, чем в 2 раза.

После приезда в Кисловодск, ведущим параметром порядка стал показатель УЬР, отражающий активность центральных эрготропных и гумо-рально-метаболических механизмов регуляции сердечного ритма.

В ситуации меняющихся внешних условий, эрготропная система обеспечивает гомеостаз организма в период активной физической деятельности в новых условиях. В начале и по окончании сбора УЬБ являлся ведущим параметром порядка, а после перелета в Сургут стал еще более выраженным (по сравнению с «Б» и «В») кластерами.

А -500 2000 1500 1000 500 0

В 500 400 300 200 100 О

Рисунок 2. Результаты идентификации параметров порядка вектора состояния организма девушек до и после физической нагрузки приис-ключении диагностических признаков: А. Сургут-отъезд; Б. Кисловодск-приезд; В. Кисловодск-отъезд; Г. Сургут-приезд.

По оси абсцисс - показатели спектральной мощности, по оси ординат - значение показателей, усл. ед.

У юношей после приезда на учебно-тренировочный сбор (рисунок ЗБ), ведущим параметром порядка стал показатель НБ, связанный с дыхательными движениями и отражающий влияние на работу сердца блуждающего нерва. В этих условиях возбудимость проводящих волокон понижается.

В конце сбора (рисунок 3 В) ведущим параметром порядка стал УЬБ, отражающий активность центральных эрготропных и гуморально-метаболи-ческих механизмов регуляции сердечного ритма (Бабунц И.В., 2002).

В ситуации меняющихся внешних условий, эрготропная система обеспечивает гомеостаз организма в период активной физической деятельности в новых условиях. Таким образом, можно предположить, что данные механизмы регуляции направлены на сохранение относительного постоянства внутренней среды организма.

Б 8000 -|

ЬР нт ьгит

ЧН ЬТ

от и/ет

Сразу после приезда (рисунок 3 Г) ведущим параметром порядка, изменяющим систему спектральных характеристик становится показатель НБ. На представленных рисунках видно, что этот компонент является ведущим в ситуациях сразу после перемещения, при чем при перелете на Кавказ выражен незначительно, а сразу после перелета на Север ярко выражен, что свидетельствует о повышении парасимпатических влияний на сердце.

А

и ет ида и ¡^ ццр

Рисунок 3. Результаты идентификации параметров порядка вектора состояния организма юношей до и после физической нагрузки при исключении диагностических признаков А. Сургут-отъезд; Б. Кисловодск-приезд; В. Кисловодск-отъезд; Г. Сургут-приезд

По оси абсцисс - показатели спектральной мощности, по оси ординат - значение показателей, усл.ед.

Анализ спектральных характеристик вариабельности сердечного ритма позволяет судить о том, что организм спортсменов Югры реагирует на дозированную нагрузку сменой ведущего параметра порядка, направленного на срочную адаптацию организма к изменившимся условиям. У девушек ведущим параметром порядка, который существенно влиял на поведение вектора интегрально-временных параметров ВСР в ХМАО (рисунок 4 А) являлся показатель ИНБ (индекс напряжения Баевского), отражающий степень напряжения систем, регулирующих деятельность сердца, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на него.

Сразу после перемещения в Кисловодск (рисунок 4 Б) произошла смена ведущего параметра порядка ИНБ на показатель ЧСС, в конце сбора и после возвращения в Сургут (рисунки 4 В, Г) изменений не наблюдалось.

Ведущим параметром порядка, который существенно влиял на поведение вектора интегрально-временных характеристик ВСР в ХМАО у юношей (рисунок 5 А) являлся показатель ИНБ, отражающий степень напряжения систем, регулирующих деятельность сердца, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на него. После перемещения в Кисловодск (рисунок 5 Б) смена ведущего параметра порядка не наблюдалась. В конце УТС изменений так же не произошло. Перемещение в Сургут характеризовалось сменой ведущего параметра порядка ИНБ на показатель ЧСС (рисунок 5 Г).

40 35 — 30 25 20 15 10

%СС СИМ ПАР ПН» ЧОС

6

4 4— 2 -

ЗзСС ОМ ПАР ИНБ ЧОС

10 8 -б ■

- ■

-

%се ам пар пнб чсс

%зсе ам пар

Рисунок 4. Результаты идентификации параметров порядка вектора состояния организма девушек до и после физической нагрузки при исключении диагностических признаков А. Сургут-отъезд; Б. Кисловодск-приезд; В. Кисловодск-отъезд; Г. Сургут-приезд.

По оси абсцисс - интегрально-временные показатели, по оси ординат - значение показателей, усл.ед.

С помощью относительно новых биоинформационных методов (В.М. Еськов и др., 2011) нами выполнены сравнительные исследования, позволяющие определить различия, связанные с половой принадлежностью по спектральным и интегрально-временным параметрам квазиаттракторов ВСО. В условиях относительного физиологического покоя по измерениям спектральных параметров вариабельности сердечного ритма между юношами и девушками наблюдается увеличение расстояния между хаотическими центрами квазиаттракторов при перелете из Сургута в Кисловодск (2409 усл. ед.

ув 3373 усл. ед.), после двухнедельной адаптации расстояние практически не изменяется (3373 усл. ед. уэ 3461 усл. ед.), при перелете обратно в Сургут наблюдается значительное, почти пятикратное, увеличение расстояния между хаотическими центрами (3461 усл. ед. уэ 15709 усл. ед.).

ом пар ине чх ^ос с».: пл> ии чос

Рисунок 5. Результаты идентификации параметров порядка вектора состояния организма юношей до и после физической нагрузки при исключении диагностических признаков А. Сургут-отъезд; Б. Кисловодск-приезд; В. Кисловодск-отъезд; Г. Сургут-приезд. По оси абсцисс — интегрально-временные показатели, по оси ординат - значение показателей, усл.ед.

Таблица 5.

Матрицы межаттракторных расстояний гц (у. е.) между центрами хаотических квазиаттракторов ВСО юношей и девушек по всем обсле-дованиям*по измерениям спектральных параметров вариабельности сердечного ритмав 4-мерном фазовом пространстве состояний

А. Относительный покой

гу(у.е.) Девушки

СО КП КО СП

СО 2409 3228 2700 6207

=с Э кп 6282 3373 3237 10320

3= 2 ко 2379 4394 3461 5508

СП 12286 10464 8521 15709

Б. После ДФН

гц(у.е.) Девушки

СО КП КО СП

СО 5302 5535 11655 11433

X 3 КП 4905 8986 14852 14823

X 2 ко 3397 6725 10461 10538

СП 20903 21233 30921 30756

Отсюда следует, что в данной ситуации явно просматривается увеличение межаттракторных расстояний от перелета к перелету. Это может свидетельствовать о различных реакциях мужского и женского организма на перемещение как в состоянии относительного физиологического покоя, так и при проведении дозированной физической нагрузки.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что методы традиционной статистики обладают недостаточной мощностью для выявления существенных различий между параметрами вариабельности сердечного ритма внутри одной и той же группы юношей и девушек в четырех местах пребывания, различия часто статистически недостоверны. Выявлены достоверные различия между группами спортсменов и не спортсменов в ответ на дозированную физическую нагрузку.

2. Показано, что наибольшее изменение объема квазиаттрактора (ОКА) в 4-х мерном фазовом пространстве спектральных показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) до и после проведения дозированной физической нагрузки (ДФН) у девушек в кластере «Сургут-отъезд» (СО) - ОКА увеличился в 5 раз (с 5,7><1012 до 25,1 х 1012усл. ед.), в кластере «Кисловодск-отьезд» (КО) - уменьшился в 3 раза (с 19,8х1012 до 6,31х1012усл. ед.). У юношей в кластере КО- ОКА возрос в 2 раза (с 11,5хЮ12 до 25,ЗхЮ12у.е.), а в кластере КО ОКА уменьшился в 36 раз (с 13,3х1012до 0.37х1012усл. ед.). При анализе изменений объемов КА в 4-х мерном фазовом пространстве интегрально-временных показателей ВСР у девушек наибольшее изменение объема КА в покое по сравнению с ДФН выявлено в СО - объем КА уменьшился в 4,4 раза (с 7,62x10е до 1,71*106 у.е.) и КО в 2,6 раз (с 9,8х106 доЗ,7х10бу.е.).

3. Установлено на основе анализа показателей ВСР, что организм спортсменов реагирует на дозированную физическую нагрузку (ДФН) сменой ведущего параметра порядка, направленную на срочную адаптацию организма к изменившимся условиям. Анализ спектральных характеристик ВСР свидетельствует, что организм девушек реагирует на ДФН при широтном перемещении сменой ведущего параметра порядка Ы\ отражающего активность симпатических центров продолговатого мозга, на У1Л7, характеризующего активность центральных эрготропных и гумо-рально-метаболических механизмов регуляции сердечного ритма, что необходимо для срочной адаптации организма к изменившимся условиям и обеспечения работоспособности в новых условиях. Организм юношей реагирует на широтное перемещение мобилизацией функциональных резервов и увеличением адаптационного потенциала.

4. Доказано с помощью матриц межаттракторных расстояний, что реакция организма юношей и девушек на ДФН в четырех кластерах пребыва-

ния носит разнонаправленный характер. Матрицы интегрально-временных параметров у девушек выявили хаотическую динамику межаттракторных расстояний (54,9, 84,6,36,4 и 173,7 усл. ед.), в то время как у юношей величина межаттракторных расстояний между центрами хаотических квазиат-траткоров в ответ на ДФН была больше и стабильнее во всех кластерах пребывания (148,5,152,7,145,4 и 150,8 усл. ед., соответственно).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Параметры квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний, описывающих динамику поведения вектора состояния сердечно-сосудистой системы испытуемых позволяет оценить функциональное состояние спортсменов при широтных перемещениях для спортивного прогнозирования, диагностики спортивного перенапряжения, коррекции условий тренировочного процесса, оптимизации тренировочного процесса в целом, для достижения высоких спортивных результатов и сохранения здоровья спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта в Югре и при перемещениях с Севера на Юг РФ и обратно.

2. Расчеты объемов квазиаттракторов параметров ВСР позволяют корректно выявить особенности реакции на дозированную физическую нагрузку у спортсменов Югры, что целесообразно использовать в практической работе тренеров.

3. Для оценки эффективности тренировочных нагрузок целесообразно использовать метод расчета матриц межаттракторных расстояний спектральных и интегрально-временных параметров сердечно-сосудистой системы.

4. Выделение наиболее значимых параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека в многомерном фазовом пространстве позволяет использовать для оценки эффективности тренировочного процесса у спортсменов меньшее число показателей.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Шимшиева, О.Н. Анализ показателей здоровья студентов ХМАО-Югры при организации физической активности / Д.А. Ходосова, A.C. Тре-тяк, С.И. Логинов, А.Ю. Ветошников // Теория и практика физической культуры. - 2012.-№11. - С. 91.

2. Шимшиева, О.Н. Регуляция вертикального равновесия женщин в покое и после тренировки на стабилоплатформе / P.O. Солодилов, A.C. Кинтю-хин // Теория и практика физической культуры. - 2013. -№6. - С. 86.

3. Шимшиева, О.Н. Биоинформационный анализ влияния физической нагрузки на параметры сердечно-сосудистой системы спортсменов

при широтном перемещении / С.И. Логинов, A.C. Снигирев, Ю.С. Ефимова // Теория и практика физической культуры. - 2014. - №5. - С. 83-85.

4. Шимшиева, О.Н. Влияние Физической нагрузки на параметры вариабельности сердечного ритма юношей при широтном перемещении / С.И. Логинов // Теория и практика физической культуры. - 2014. - №6. - С. 87-90.

5. Шимшиева, О.Н. Ритмологическая оценка срочной адаптации спортсменов-легкоатлетов при широтном перемещении / A.A. Повзун, В.В. Апокин, В.Д. Повзун, O.A. Фынтынэ//Теория и практика физической кулыуры.-2014.-№12. -С. 96-99.

Статьи в других журналах, материалах конгрессов и конференций:

6. Шимшиева, О.Н. Влияние физических нагрузок на состояние мик-роциркуляторного русла кожи спортсменов: анализ в многомерном фазовом пространстве / С.А. Борисевич, С.И. Логинов, В.М. Еськов, A.A. Соколова // Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки, туризма и оздоровления различных категорий населения: Мат-лы XI Всерос. науч.-прак. конф.: в 2-х Т., Сургут: ИЦ СурГУ, 2013. - Т. 2. -С. 29-37.

7. Шимшиева, О.Н. Влияние физической нагрузки на параметры состояния сердца студентов в условиях ХМАО - Югры / М.Н. Мальков, К.А. Баев, М.В. Носова, A.C. Кинтюхин // Сборник материалов XII Окружная конференция молодых ученых «Наука и инновации XXI века» - Сургут, 2011. - Т. 2. -С. 103.

8. Шимшиева, О.Н. Оценка физической подготовленности школьников г. Сургута по данным результатов всероссийского дня бега «Кросс нации» / A.C. Снигирев, М.М. Бырка // Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки, туризма и оздоровления различных категорий населения: Мат-лы 12-ой Всероссийской научно-практической конф. - Сургут, 2013.-Т. 1.-С. 127-129.

9. Шимшиева, О.Н. Тендерный анализ влияния динамической нагрузки плаванием на деятельность кардиореспираторной системы у студентов / К.А. Баев, С.И. Логинов, В. А. Родионов, С.С. Машинцов // Образование, физическая культура, спорт и здоровье: Анализ проблемы: Мат-лы первой открытой Российской научной конференции. - Смоленск, 2012. - С. 35-39.

10. Шимшиева, О.Н.Влияние стандартизированной нагрузки на показатели сердечно-сосудистой системы студенток СурГУ / А.Е. Баженова, Ю.С. Ефимова // Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки, туризма и оздоровления различных категорий населения: Мат-лы XI Всерос. науч.-прак. конф.: в 2-х Т., Сургут: ИЦ СурГУ, 2013. - Т. 1. -С. 27-29.

11. Шимшиева, О.Н. Влияние регулярных занятием плаванием на показатели кардиореспираторной системы студентов в условиях Югры / К.А. Баев,

С.И. Лопшов, В.А. Родионов, С.С. Машинцов // Югра - за здоровый образ жизни: Мат-лы Всероссийской научно-практической конференции-г. Ханты-Мансийск / Ханты-Мансийск: Информационно-издательский центр ХМГМА, 2012.-342 с.

12. Шимшиева, О.Н. Оценка влияния физической нагрузки на параметры сердечно-сосудистой системы спортсменов при широтном перемещении с позиции теории хаоса / A.C. Снигирев, С.И. Логинов, Ю.С. Ефимова // Современные проблемы и перспективы развития физической культуры, спорта, туризма и социально-культурного сервиса: Материалов II Всероссийская (с международным участием) научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития физической культуры, спорта, туризма и социально-культурного сервиса» - Набережные Челны, 2014.-С. 271-273.

13. Шимшиева, О.Н. Оценка хаотической динамики параметров вариабельности сердечного ритма под влиянием нагрузки при широтном перемещении / О.Н. Шимшиева, С.И. Логинов. Международная конференция «Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе», посвященная дню рождения великого русского математика академика ПЛ. Чебышёва и приуроченная к 20-летию сотрудничества ОАО «Сургутнефтегаз» и компании SAP: Тезисы. / (Сургут, 14-18 мая 2014 г.): Тезисы докладов - Сургут: ИЦ СурГУ, 2014.-С. 180-182.

14. Шимшиева, О.Н. Матрицы межатгракторных расстояний в оценке влияния физических нагрузок на организм спортсменов при широтном перемещении / О.Н. Шимшиева, С.И. Логинов. Здоровый образ жизни и охрана здоровья: сб. науч. статей I Всерос. науч.-практ. конф. 18-19 апр. 2014 года/- Сургут : РИО СурГПУ, 2014. - С. 153-156.

15. Шимшиева, О.Н. Повышение физической активности человека с использованием современных IT-технологий / А.Ю. Николаев, С.Г. Сагадеева. // Наука и инновации XXI века: Мат-лы П Всерос. конф. молодых ученых в 3-х т. - Сургут, 14 апреля 2014 г. т. 2. - С. 25-28.

16. Шимшиева, О.Н. Метод идентификации параметров порядка в оценке влияния физической нагрузки на показатели сердечно-сосудистой системы легкоатлетов Югры при широтных перемещениях. / Т.В. Пшеничная, Н.Б. Се-менюк. // Наука и инноващш XXI века: материалы П Всероссийской конф. молодых ученых. Сургут, 2014. - Т. 2. - С. 30-31.

17. Шимшиева, О.Н. Оценка функционального состояния организма девушек с различным уровнем физической подготовленности при воздействии динамической нагрузки в условиях Севера РФ. / А.Е. Баженова, A.C. Снигирев. // Наука и инновации XXI века: мат-лы П Всероссийской конф. молодых ученых. Сургут, 2014. - Т. 2. - С. 4-5.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДФН - дозированная физическая нагрузка ЦНС - центральная нервная система ССС - сердечно-сосудистая система КРС - кардио-респираторная система ВСОЧ - вектор состояния организма спортсмена КА - квазиаттрактор SpÛ2 - уровень насыщения гемоглобина крови кислородом. ЧСС - частота сердечных сокращений NN - длительность кардиоинтервапов PAR - индекс активности парасимпатического звена ВНС ВСР - вариабельность сердечного ритма ВНС - вегетативная нервная система SIM - индекс активности симпатического звена ВНС PAR - индекс активности парасимпатического звена ВНС SDNN - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов HRV - интеграл плотности распределения R-R ИНБ - индекс напряжения регуляторных систем по Р.М. Баевскому VLF - мощность спектра сверхнизкочастотного компонента вариабельности

LF - мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности

HF - мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности

Total - общая мощность спектра СО - Сургут-отъезд КП - Кисловодск-приезд КО - Кисловодск-отьезд СП - Сургут-приезд

Ольга Низамневна Шнмшяева

СТОХАСТИЧЕСКАЯ И ХАОТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ПАРАМЕТРОВ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ДОЗИРОВАННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У СПОРТСМЕНОВ

Автореферат

Подписано в печать 20.02.2015 г. Гарнтура TimesNewRoman Формат 62*84/16 Объем 1 пл. Тираж 100 экз. Заказ №И-15-05

Издательско-печатный дом «Дефис»

628403, Россия, Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный округ - Югра, г. Сургут, ул. Каролинского, 16/443 тел. (3462) 94-17-43, моб. 8-9-224-013-124. E-mail: karadja@mail.ni

Лицензия на издательскую деятельность № ЛР 066050 от 10.08.98 г.