Исследование параметров вектора состояния организма пловцов в условиях Югры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат биологических наук Баев, Кирилл Анатольевич

• Баев, Кирилл Анатольевич
• кандидат биологических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Баев, Кирилл Анатольевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Характеристика экофакторов ХМАО-Югры и их влияние на 12 параметры деятельности и механизмы регуляции функциональных систем организма детско-юношеского населения Югры.

1.2. Специфические особенности воздействия водной среды на 29 организм человека в процессе плавания.

1.3. Оздоровительный эффект плавания.

1.4. Функциональные особенности и адаптивные перестройки 43 кардиореспираторной системы под влиянием плавания у учащихся и студентов.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методы автоматизированной регистрации параметров кардиореспираторной системы человека.

2.2. Методы статистической обработки результатов исследова

2.3. Метод идентификации параметров квазиаттракторов пове- 64 дения вектора состояния биосистем в /я-мерном фазовом пространстве состояний.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ 74 ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Изменение функционального состояния кардиореспиратор- 74 ной системы и вегетативных механизмов регуляции её деятельности у молодежи Югры в условиях динамической нагрузки плаванием с позиций статистического анализа.

3.1.1. Реакция кардиореспираторной системы в условиях динами

3.1.2.

3.1.3. 3.2.

3.2.1. ческой нагрузки плаванием у студентов с разным уровнем физической подготовленности.

Влияние динамической нагрузки плаванием на деятельность 80 кардиореспираторной системы у студентов разного пола. Возрастные особенности реакций кардиореспираторной сис- 83 темы на динамическую нагрузку плаванием. Идентификация параметров квазиаттракторов поведения 89 вектора состояния организма в фазовом пространстве состояний у молодежи Югры в условиях динамической нагрузки плаванием.

Сравнительный анализ параметров квазиаттракторов движе- 91 ния вектора состояния организма в покое и в условиях динамической нагрузки плаванием у тренированных и нетренированных испытуемых разного пола.

Сравнительный анализ параметров квазиаттракторов движе- 102 ния вектора состояния организма человека в покое и в условиях динамической нагрузки плаванием у представителей разных возрастных групп.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование параметров вектора состояния организма пловцов в условиях Югры»

В настоящее время работами различных лабораторий НИИ Биофизики и медицинской кибернетики Сургутского государственного университета ХМАО-Югры установлены основные физиологические закономерности проживания человека в условиях Северных регионов РФ. Главное в этих исследованиях заключается в особом сдвиге всех показателей вектора состояния организма человека (ВСОЧ) из области нормотонии или фазического состояния ФСО в область глубокого тонического состояния (переход от симпатото-нии к парасимпототонии). Такое движение ВСОЧ приводит к возникновению ранней патологии, а для мужского населения просто укорачивает продолжительности жизни. Выход из этой ситуации один - увеличение физической нагрузки и снижение эффектов гиподинамии. В этой связи занятие спортом и физкультурой вообще в Югре — крайняя необходимость как детско-юношеского населения, так и взрослого. При этом особое значение приобретает проблема исследования состояния параметров организма человека на Севере РФ при массовых обследованиях больших сообществ (групп населения). Это требует разработки новых системных подходов и методов. Особое место в подобных исследованиях занимают вопросы идентификации особенностей саногенеза и перехода от нормы к патологии жителей ХМАО-Югры (особенно для мужского населения округа).

Известно, что любая физическая нагрузка, рассматриваемая как управляющее воздействие в работе биологических динамических систем, к которым относятся и функциональные системы организма человека, способна существенно улучшать параметры вектора состояния организма человека и переводить организм спортсмена из парасимпатотонии в симпатотонию. Такое управляющее воздействие вызывает коррекцию не только отдельных параметров ФСО, но и состояния здоровья индивидов в целом, что особенно важно в условиях действия экологически неблагоприятных факторов Севера РФ [2,3,59]. Особенности движения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний (ФПС) при динамических нагрузках в виде плавания представляет особый интерес в общем контексте развития системных и биофизических исследований, в аспекте восстановительной медицины и использования плавания для коррекции патологических состояний ФСО в условиях Севера РФ, так как именно в Югре этот вид нагрузки наиболее доступен и эффективен в длительный зимний период (зима длится около 8 месяцев) жизни населения. Однако плавание имеет еще целый ряд положительных аспектов в связи с созданием различных движений в трехмерном пространстве, которые в других видах спорта просто невозможно реализовать.

Как известно, двигательная деятельность является одним из наиболее важных факторов укрепления и сохранения здоровья, а регулярные спортивные тренировки способствуют повышению физической работоспособности человека и достижению им особо значимых результатов. Это очень важно сегодня для Югры, где в последние годы отмечается резкое снижение двигательной активности (гиподинамия) у большинства населения округа. Проблема гипокинезии в суровых природно-климатических условиях Севера РФ, включая Югру, все более актуализируется в связи с повышением требований к адаптационным возможностям организма человека, пытающегося на фоне роста благосостояния поддерживать удовлетворительные параметры вегетативных функций организма [1,59,158].

Кардиореспираторная система, как одна из наиболее значимых ФСО, обеспечивает не только адаптацию организма к физическим нагрузкам, но и отражает динамику процессов восстановления функций организма [4,8,108,115]. Систематические физические нагрузки расширяют адаптационные возможности, повышают стрессоустойчивость организма человека. Это весьма актуально для молодежи, и в частности для студентов, длительно проживающих в условиях Обского Севера РФ и постоянно испытывающих воздействие разнообразных стрессовых факторов. В числе последних выделяются психоэмоциональные перегрузки, гипокинезия, экологические и другие неблагоприятные факторы внешней среды, которые зачастую оказываются предельными для организма. В целом, сейчас в НИИ БМК идентифицированы и изучаются двенадцать экофакторов Югры, которые значительно влияют на состояние ФСО и показатели здоровья в целом.

Приспособительные реакции организма к внешним воздействиям во многом лимитируются активностью сердечно-сосудистой системы [21,33,113,173]. В свою очередь, адаптационный потенциал системы кровообращения определяется уровнем физической активности. Низкий уровень последней как было установлено в НИИ БМК с помощью новых методов системного синтеза ограничивает реакции адаптации организма за счет нарушения синергизма ФСО и сужения интервалов их устойчивости, причем наиболее выражено процессы дезадаптации проявляются на уровне КРС. Поэтому для оценки функционального состояния и адаптационных возможностей организма целесообразно исследовать деятельность КРС, причем как в условиях относительного покоя, так и при выполнении физических нагрузок [6,25,34,62,126]. Эффективность адаптации организма к различным видам деятельности определяется также зрелостью регуляторных систем, в связи с чем один и тот же конечный приспособительный результат у лиц разного возраста и уровня физического развития может быть достигнут за счет различной степени напряжения адаптационных механизмов [5,11,111,136].

Спортивная деятельность при плавании имеет ряд особенностей, отличающих эту нагрузку от физической работы в условиях воздушной среды. Прежде всего, биомеханика плавания и его физиологические эффекты обусловлены такими факторами как движение в плотной водной среде, горизонтальное положение тела и большая теплоемкость воды [23,99]. Именно из-за такой специфики использование плавания может оказаться весьма эффективным средством при проведении реабилитационных мероприятий в рамках восстановительной медицины и лечебной физкультуры.

В связи с этим, изучение поведения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний на примере анализа параметров деятельности КРС у пловцов разных возрастных групп и разной физической подготовленности, проживающих в Югре, представляет особый научно-практический интерес, как для оценки механизмов адаптации, так и для понимания принципов функционирования сложных БДС. При этом представляется перспективным анализ влияния плавания на функции организма человека в условиях саногенеза и патогенеза с использованием методов синергетики и теории хаоса. Этот аспект тем более интересен для практики, так как на сегодняшний день применение методов системного анализа и синтеза в физиологии спорта является новой и мало разработанной проблемой биологической кибернетики.

С учетом сказанного была определена цель нашего исследования, которая заключалась в выявлении закономерностей поведения параметров вектора состояния организма спортсменов и нетренированных лиц в фазовом пространстве состояний на основании изучения реакций КРС в ответ на действия специфической динамической нагрузки плаванием.

Данная цель определила постановку и решение следующих задач исследования:

1. Изучить особенности функционального состояния КРС молодых жителей Югры в зависимости от уровня физической подготовленности, возраста и пола.

2. В условиях динамической нагрузки плаванием выявить различия в изменениях отдельных показателей деятельности КРС и механизмах её регуляции у спортсменов и нетренированных лиц.

3. На основе системного анализа функций КРС выявить закономерности изменений параметров квазиаттракторов вектора состояния организма испытуемых разного возраста, регулярно и нерегулярно занимающихся плаванием, в процессе динамической физической нагрузки и оценить специфику её влияния на эти параметры в условиях Севера РФ.

4. Внедрить в практику проведения занятий с разными возрастными группами пловцов алгоритмы идентификации размеров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний для оценки качества нагрузки.

5. Проанализировать зависимость динамики поведения квазиаттракторов движения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний от условий выполнения динамической нагрузки с целью определения маркирующего критерия оценки уровня адаптации организма к плаванию.

Научная новизна работы.

Впервые с позиций теории :каоса и синергетики проведен системный анализ реакций КРС на динамическую нагрузку плаванием у детей и молодежи Югры с учетом половозрастных различий и уровня физической подготовленности. При этом разработаны и внедрены алгоритмы идентификации параметров квазиаттракторов движения ВСОЧ в многомерном фазовом пространстве при динамической нагрузке плаванием лиц, проживающих в Югре.

На основе ранее разработанных методов идентификации параметров порядка научно обоснован и внедрен в практику физиологических исследований метод идентификации признаков изменения функционального состояния организма при плавании, который базируется на определении минимальной размерности фазового пространства.

Впервые, по картине изменений функций КРС и вегетативных механизмов их контроля, выполнено ранжирование признаков, отражающих качество физической подготовки, и определены параметры порядка ВСОЧ при динамической нагрузке плаванием для лиц с различной степенью тренированности.

Научно-практическая значимость работы.

Разработанные алгоритмы идентификации размеров квазиаттракторов поведения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний могут найти применение при оценке функционирования ФСО в условиях саногенеза и патогенеза.

Ранжирование признаков физической подготовленности, используемое при оценке физиологической стоимости плавания, позволяет минимизировать число измеряемых параметров и выделить наиболее значимые из них.

Установленные изменения вектора состояния организма человека могут быть использованы при обследовании спортсменов-пловцов, проживающих в экстремальных условиях Крайнего Севера, в качестве показателей эффективности процесса адаптации организма к физическим нагрузкам в зависимости от пола, возраста и физической подготовленности с учетом.

Эти данные также имеют несомненное практическое значение в плане их использования, как теоретической базы, для разработки научно-обоснованных рекомендаций по организации оптимальных режимов спортивных тренировок, планированию оздоровительных и профилактических мероприятий, направленных на повышение функциональных резервов организма, и как следствие, снижение уровня заболеваемости.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 126 страницах машинописного текста и состоит из "Введения"; главы 1 "Системный анализ и синтез в теории саногене-за и патогенеза", содержащей обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме; главы 2 "Объект и методы исследования", в которой описаны категории испытуемых, а также общепринятые традиционные и оригинальные авторские методы, применяемые в настоящей работе; главы 3 "Результаты собственных исследований и их обсуждение", посвященной изучению особенностей КРС у пловцов, характеристике разработанного нового метода системного анализа и результатам его применения для оценки функционального состояния организма при физической нагрузке плаванием; "Выводов" и "Приложения". Библиографический указатель содержит 173 наименования работ, из которых 117 на русском языке и 56 иностранных. Текст диссертации иллюстрирован 24 таблицами и 14 рисунками.

Личный вклад автора заключается в анализе современного состояния проблемы, внедрении алгоритма идентификации параметров поведения ВСОЧ в ш-мерном фазовом пространстве при динамической нагрузке плаванием; проведении исследований динамики состояния организма спортсменов в процессе выполнения физической нагрузки; разработке новых методов идентификации наиболее важных признаков ВСОЧ у представителей данного вида спорта; внедрении новых методов синергетики в практику работы специализированной детско-юношеской спортивной школы (ДЮСШ) олимпийского резерва "Олимп" (г. Сургут).

Положения, выносимые на защиту.

1. Показатели функционального состояния КРС и ее реакции на динамическую мышечную нагрузку плаванием у учащихся и студентов Югры, зависят от уровня физической подготовленности, возраста и пола (у юношей и детренированных лиц более медленно происходят процессы восстановления).

2. Характер механизмов вегетативной регуляции деятельности КРС в процессе динамической физической работы у молодых жителей Югры в значительной мере определяется стажем и регулярностью занятий плаванием.

3. У представителей младшей возрастной группы, также как и у испытуемых с малым стажем спортивных занятий, объем фазового пространства, в котором движется ВСОЧ, имеет заметно большие размеры в состоянии покоя и характеризуется более существенным увеличением после нагрузки плаванием, чем у испытуемых старшего возраста и пловцов, имеющих спортивный разряд.

4. Внедрение в практику медико-биологического обследования спортсменов-пловцов новых алгоритмов идентификации (по параметрам деятельности КРС) размеров квазиаттракторов поведения ВСОЧ в фазовом пространстве признаков Xi повышает эффективность оценки физиологической цены динамической нагрузки плаванием.

5. Расстояние Z между центрами квазиаттракторов параметров КРС, отражающих движение ВСОЧ в многомерном фазовом пространстве, является маркирующим показателем, характеризующим степень адаптации организма к нагрузке плаванием.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Баев, Кирилл Анатольевич

выводы

1. Реакции на нагрузку плаванием характеризуются у слабо тренированных лиц заметно большим отклонением параметров КРС и напряжением вегетативных механизмов регуляции в сочетании с более медленным их возвратом к исходному уровню, по сравнению со спортсменами.

2. Характерной тендерной особенностью реагирования организма в процессе плавания является резкое увеличение ИНБ (в 12 раз относительно покоя) и его быстрый возврат к норме у девушек по сравнению с юношами, у которых значения ИНБ во время нагрузки увеличиваются слабее, но сохраняются повышенными в течение большего интервала времени, возможно, по причине перенапряжения регуляторных механизмов и развития дезадаптационных процессов.

3. Системный анализ размеров объема VG квазиаттракторов в многомерном пространстве признаков с учетом возраста пловцов показал, что при динамической нагрузке плаванием у испытуемых младшей возрастной группы (8-12 лет) показатель VG увеличивался в 100 раз в сочетании с пятикратным увеличение показателя асимметрии гХ, тогда как у представителей более старшего возраста (18-22 лет) эти показатели менялись слабее (в 4 раза и 2 раза соответственно).

4. Идентификация различий в степени напряжения функционального состояния организма при динамической нагрузке плаванием у испытуемых с разным уровнем физической подготовленности, выполненная на основе анализа размеров объемов VG квазиаттракторов в m-мерном пространстве признаков, выявила увеличение объема у спортсменов в 2 раза

VG = 5.97*10 ), а у нетренированных лиц - в 4 раза (VG = 3.93* 1031) по сравнению с состоянием покоя.

5. Динамика движений вектора состояния организма у юных испытуемых, как и у спортсменов с малым стажем занятий плаванием, характеризуется более значительной хаотичностью и нестабильностью, на что указывает изначально больший объем VG квазиаттракторов в фазовом пространстве и его многократное увеличение после нагрузки плаванием, по сравнению с пловцами, имеющими спортивный разряд.

6. Методом исключения отдельных координат (признаков) фазового пространства состояний установлено, что диапазон квазиаттракторов движения ВСОЧ у мало тренированных лиц во время плавания, определяется как степенью централизации регуляторных процессов (ИНБ), так уровнем активации симпатической системы (индекс СИМ), тогда как у спортсменов-разрядников более значимую роль играет первый фактор.

7. Установлены выраженные различия в значениях расстояний Z между центрами квазиаттракторов параметров КРС до и после нагрузки у студентов с низкой физической активностью (Z = 496 у.е.) и спортсменов-разрядников (Z = 275 у.е.). Это позволяет рекомендовать расчет расстояний Z в качестве наиболее информативного критерия, отражающего уровень напряжения резервных возможностей организма человека на Севере и прогнозирующего качество спортивной деятельности при выполнении динамической нагрузки плаванием.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Разработанные алгоритмы и компьютерные программы целесообразно применять на практике в работе тренеров и преподавателей физической культуры и спорта с целью контроля за эффективностью учебно-тренировочного процесса и напряжения состояния организма начинающих спортсменов при занятиях плаванием.

Разработанные методы идентификации параметров состояния КРС молодежи (учащихся средних школ и студентов) можно использовать как эффективный показатель (маркер) степени гипокинезии, которая существенно влияет на качество жизни молодого населения ХМАО-Югры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Баев, Кирилл Анатольевич, 2009 год

1. Авцын, А.П. Патология человека на Севере / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, А.Г. Марачев. - М.: Медицина, 1985. - 215 с.

2. Агаджанян, Н.А. Экология человека / Н.А. Агаджанян, В.И. Торшин. -М.: КРУК, 1994.-256С.

3. Агаджанян, Н.А. Экологический портрет человека на Севере / Н.А. Агаджанян, Н.В. Ермакова. М.: КРУК, 1997. - 208 с.

4. Агаджанян, Н.А. Основы физиологии человека / Н.А. Агаджанян, И.Г. Власова, Н.В. Ермакова, В.И. Томин. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2004 - С. 93 -108.

5. Адайкин, В.И. Системный компартментно кластерный анализ и синтез в биомедицинских исследованиях параметров организма человека на Севере РФ / В.И. Адайкин, И.Ю. Добрынина, В.М. Еськов, С.И. Логинов // ВНМТ. - 2006.- С.32-36.

6. Аксенов, В.В. Ритм сердца у школьника / В.В. Аксенов, A.M. Усынин, А.Н. Рагозин, Е.Г. Шерстнева // Итоговая научная конференция ЧГМА: сб. науч. трудов. Челябинск, 1998.- С. 97-98.

7. Али Ибрагим, Беклит Ашраф. Структура тренировочных занятий квалифицированных пловцов-спринтеров (на дистанции 100 м) на заключительном этапе подготовительного периода: Автореф. дис. канд.пед.наук. Киев, 1993. - 28 с.

8. Анохин, П.К. Принципы системной организации функций учебник. -М., «Наука», 1973.- 197 с.

9. Афанасьев, В.З. Экспериментальное обоснование применения специальных упражнений в процессе обучения плаванию детей младшего школьного возраста: Автореф. дис. канд.пед.наук. М., 1971. - 19 с.

10. Бабич, Д.Р. Средства и методы повышения аэробной работоспособности у пловцов высокого класса: Дис. . магистра физ. культуры по направлению 521900 / РГАФК. М., 2000.- 123 с.

11. Баев, К.А. Системный анализ аттракторов движения вектора состояния организма работников ОАО «СНГ», занимающихся атлетической гимнастикой / В.В. Козлова, К.А. Баев, А.Р. Балтиков и др. // Информатика и системы управления. 2009. -№4. - С. 51-52.

12. Баевский, P.M. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний / P.M. Баевский, А.П. Берсенева. М.: Медицина, 1997.-235 с.

13. Бальсевич В.К. Перспективы развития общей теории и технологии спортивной подготовки и физического воспитания//Теория и практика физ.культуры. 1999. - № 4. - С.21-25.

14. Барыкина И.И. Социальные, биологические и психолого-педагогические аспекты последствия ранней спортивной специализации пловцов высокой квалификации: Автореф. дис. канд.пед. наук. М., 1990. - 22 с.

15. Бачин В.П. Возрастное дифференцированное средство повышения скоростных возможностей у пловцов 8-17 лет: Автореф. дис. канд.пед.наук. Омск, 1989. - 19 с.

16. Бейли, Н. Математика в биологии и медицине /Н. Бейли. М.: Мир, 1970. - С. 202-223.

17. Берестецкая И.Ю. Методика технической подготовки пловцов с учетом возрастных особенностей формирования двигательной функции: Автореф. дис. канд.пед.наук. Киев, 1987. - 23 с.

18. Биневский, Д.А. Возрастные особенности формирования спортивно-технических навыков у пловцов учебно-тренировочных групп ДЮСШ: Автореф. дис. канд.пед.наук. М., 1993. - 23 с.

19. Боброва, И.А. Интегральная генетико-физиологическая характеристика населения г. Когалыма: Автореф. . дис. канд. биол. наук.- Тюмень, 2000.-28 с.

20. Бородай А.В. Индивидуализация подготовки высококвалифицированных пловцов-спринтеров на основе изучения структуры соревновательной деятельности и функциональной подготовленности: Автореф. дис. канд.пед.наук. Киев, 1990. - 24 с.

21. Булатова М.М. Теоретико-методические основы функциональных резервов спортсменов в тренировочной и соревновательной деятельности: Автореф. дис. д-ра пед.наук. К., 1995. - 38 с.24