МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА В ФИЗИЧЕСКОМ ВОСПИТАНИИ
advertisement
Опубликовано в журнале «Теория и практика физической культуры».-2012.-№11.-С.40-44 БЕГ НА МЕСТЕ КАК МЕТОД ДИАГНОСТИКИ АСИММЕТРИИ БИОМЕХАНИКИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ А.А.Минахин, А.С.Холманский С целью обоснования возможности применения бега на месте для диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорно-двигательной системы выявили и изучили закономерности изменения характеристик бега на месте от внешних условий и физического состояния здоровых людей и с патологией опорно-двигательного аппарата. Установили, что бег на месте здорового человека с закрытыми глазами на неподвижной основе может сопровождаться вращением тела, причем направление, угловая скорость и максимальный угол поворота сложным образом зависят от эндогенных и экзогенных факторов. Выявлена корреляция знака направления вращения со знаком сектора магнитного поля, установлена противоположность направлений вращения у мужчин и женщин в одних и тех же условиях, а также влияние на величины угловой скорости и максимального угла поворота умственной (чтение наизусть) и физической нагрузки. Вращательную составляющую биомеханики бега на месте соотнесли с дисбалансом нейрофизиологии двигательных центров полушарий головного мозга и назвали ресурсом функциональной асимметрии мозга (РФАМ), предположив, что данный ресурс генерируется в процессе ночного сна под воздействием экзогенного фактора гелиофизической природы. Предложен механизм генерации РФАМ, учитывающий известные данные по физиологии сна и физике биогенного, спирально-вихревого излучения Солнца. Показано, что латеральная асимметрия биомеханики бега на месте у пациентов с патологией опорно-двигательного аппарата может превалировать над асимметрией связанной с РФАМ. Причем регулярный бег на месте наряду с курсом медикаментозной терапии способствовал выздоровлению пациентов и восстановлению латеральной асимметрии производной от РФАМ. Весь комплекс результатов исследований доказывает возможность использования бега на месте не только как эффективного лечебно-профилактического метода кинезитерапии, но и метода диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорно- двигательной системы различной этиологии. Ключевые слова: бег на месте, вращение, асимметрия, патология, опорно-двигательный аппарат, кинезитерапия. RUNNING ON THE SPOT AS METHOD OF DIAGNOSTICS OF ASYMMETRY OF BIOMECHANICS OF MUSCULOSKELETAL SYSTEM A.A.Minakhin, A.S.Kholmanskiy On purpose justification of possibility of application of running on the spot for diagnostics of lateral asymmetry of biomechanics of musculoskeletal system revealed and studied regularities of change of characteristics of running on the spot from external conditions and a physical condition of healthy people and with pathology of the musculoskeletal device. Established that running on the spot of the healthy person blindly on a motionless basis can be accompanied by body rotation, and the direction, angular speed and the maximum angle of rotation with difficulty depend on endogens and ekzogens factors. Correlation of a sign of the direction of rotation with a sign of sector of a magnetic field is revealed, the contrast of the directions of rotation at men and women in the same conditions, and also influence on sizes of angular speed and the maximum angle of rotation intellectual (reading by heart) and physical activity is established. Rotary component of biomechanics of running on the spot correlated with an imbalance of neurophysiology of the impellent centers of cerebral hemispheres and called a resource of functional asymmetry of a brain (RFAB), having assumed that this resource is generated in the course of a night dream under the influence of an ekzogens factor of the geliophysic nature. The mechanism of generation RFAB considering known data on physiology of a dream and physics of biogenic, spiral and vortical radiation of the Sun is offered. It is shown that lateral asymmetry of biomechanics of running on the spot at patients with pathology of the musculoskeletal device can prevail over asymmetry connected with RFAB. And regular running on the spot along with a course of medicamentous therapy promoted recovery of patients and restoration of lateral asymmetry derivative of RFAB. All complex of results of researches proves possibility of use of running on the spot not only as effective treatment-and-prophylactic method of a kinezitherapiya, but also method of diagnostics of lateral asymmetry of biomechanics of musculoskeletal system of a various etiology. Keywords: running on the spot, rotation, asymmetry, pathology, musculoskeletal system, kineziterapiya. ВВЕДЕНИЕ Бег на месте (БНМ) как метод кинезитерапии дает такой же оздоровительный эффект, что и бег трусцой. Кроме того БНМ можно использовать для диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорнодвигательной системы (ОДС) [7]. Латеральные асимметрии ОДС различной этиологии проявляются через вращение человека при БНМ с закрытыми глазами на неподвижной основе или через вращение подвижного коврика, на котором совершается БНМ с открытыми глазами. При этом направление вращения коврика противоположно вращению человека на неподвижной основе. Наряду с диагностированием латеральной асимметрии, обусловленной органическими дефектами и патологией опорно-двигательного аппарата (ОДА), БНМ позволяет выявить асимметрию ОДС, так или иначе связанную с функциональной асимметрией полушарий головного мозга (ФАМ). Диагностика таких асимметрий биомеханики ОДС будет способствовать пониманию природы ФАМ, физиология которой в настоящее время широко исследуется [1,2,6]. Спонтанное вращение человека при БНМ с закрытыми глазами можно сравнить с хождением людей по кругу в лесу или пустыне в отсутствие визуальных ориентиров (солнца, луны) или с завязанными глазами. В последнем случае круги имеют диаметр порядка 20 м [14]. Механизм генерации латеральной асимметрии биомеханики ОДС в обоих случаях, очевидно, будет одинаков, поскольку установлено [14], что направление кружения в лесу или пустыне не зависит от длины шага правой или левой ноги, причем один и тот же человек мог кружить по и против часовой стрелки. С учетом этого, можно полагать, что характеристики спонтанного вращения при БНМ (направление, угловая скорость, максимальный угол поворота) будут зависеть от эндогенных физиологических и экзогенных геокосмических факторов, ответственных за генерацию соответствующего дисбаланса в биомеханике ОДС. Априори можно предположить, что направление или знак вращения определяется тем, какая половина ОДС доминирует в силу трофических или механических причин в биомеханике БНМ. Если данная асимметрия ОДС не связана с органической патологией, то контралатеральное ведущей нижней конечности полушарие головного мозга будет доминантным. В настоящей работе изучили закономерности изменения характеристик вращения человека, совершающего БНМ от физиологических, гендерных, возрастных и внешних геокосмических факторов в течение длительного времени. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В исследованиях в течение более 15 лет эпизодически принимали участие здоровые люди (правши) разного возраста и постоянно – мужчина (А., правша), у которого в определенные периоды времени клинически, рентгенографически и методом магнитно-резонансной томографии (МРТ) диагностировалась временные патологии опорно-двигательного аппарата (ОДА). Например, 21.01.10 и 20.05.11 – начальная стадия артроза и разрыв заднего рога медиального мениска правого коленного сустава, а 20.05.11 – обострение артроза правого тазобедренного сустава, спровоцированное переохлаждением организма в период с 6 по 9.05.11. БНМ с закрытыми глазами испытуемые совершали в помещениях на бетонном полу, покрытом линолеумом или деревянным настилом, а для определения характеристик бега с открытыми глазами использовали суконный коврик размером 40х60 см и толщиной 2 мм, который укладывали на пол, покрытый линолеумом. В процессе бега (1-2 мин) коврик смещался обычно назад и одновременно поворачивался относительно центра на угол (φ). Скорость смещения коврика назад зависела от жесткости пола и в процессе БНМ, как правило, занулялась за время порядка 5 мин. Угол φ оценивали в радианах как arcsin(h/L), где h – разница в смещении одного края коврика относительно другого, а L – его длинная сторона. Делением величины φ на время бега (1-2 мин) определяли угловую скорость (±W рад/мин). Положительный знак W отвечал вращению коврика по часовой стрелки, а человека, соответственно, против часовой стрелки. Знаком минус отмечалась противоположные направления вращения человека и коврика. Мониторинг характеристик вращения проводили в основном утром после ночного сна [3,4] до физических упражнений и умственной работы. С целью изучения лечебнопрофилактического эффекта БНМ пациент А. в период 21.01.10 – 20.05.11 каждое утро совершал БНМ течение 15 минут, при этом он принимал таблетки ДОНА, показанные при остеоартрозах периферических суставов и позвоночника. Для изучения влияния на физическое состояние человека внешних физических факторов мониторинг характеристик БНМ проводили при различных гелиофизических условиях, а для выяснения влияния электростатического поля земли сравнивали БНМ в обычных условиях и в камере Фарадея, используемой для экранировки от электромагнитных возмущений установки МРТ, расположенной на первом этаже. Данные по знаку сектора магнитного поля Солнца брали на сайте ИЗМИРАН. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Зависимости характеристик БНМ от времени, длительности бега, внешних условий, физического состояния и умственной нагрузки представлены на Рис 1-3. Опыты свидетельствуют, что угол поворота может иметь разный знак, а его максимальная величина меняется в пределах от 0 до ~6π радиан. Рис 1. Зависимость направления (знака) вращения мужчины правши от времени. На рис 1 показан мониторинг направления вращения пациента А. в зависимости от времени или гелиокосмических условий. Причем, если одновременно с мужчиной в тех же условиях совершала БНМ с закрытыми глазами здоровая женщина (правша), то она, как правило, вращалась в противоположном направлении с меньшей скоростью и максимальный угол поворота был существенно меньше, чем у мужчины. Направлению вращения против часовой стрелки отвечает повышенная активность левого полушария и наоборот. Вращение наблюдалось достаточно редко (1-2 раза в неделю), при этом знак вращения сохранялся в среднем на протяжении 3-4 дней. Известно [8,11], что знак скорости вращения коррелирует со знаком сектора магнитного поля, который меняется, как правило, с периодичностью в неделю. Отметим, что вращение при БНМ с закрытыми глазами с октября 2011 года наблюдалось редко, и максимальная величина угла φ не превышала π/2. Поскольку это фиксировал не только пациент А., но и другие испытуемые мужчины и женщины разного возраста, то можно предположить, что снижение частоты и силы проявления вращательного эффекта при БНМ связано с особенностями XXIV цикла солнечной активности [8]. О влиянии умственной нагрузки на характеристики БНМ указывает инициация вращения и возрастание его скорости при активации речевой функции мозга чтением стихов про себя наизусть (Рис 2, 3). Рис. 2. Зависимости скорости вращения пациента А. при беге на месте с закрытыми глазами от умственной и физической нагрузки; а) – БНМ на коврике с открытыми глазами и чередованием чтения про себя стихов (1) и рассеянного состояния ума (2); b) – пунктиром показан бег ~30 мин трусцой на улице (16.03.05). Рис 3. Зависимость характеристик вращения при беге на месте с закрытыми глазами от возраста пациента, умственной нагрузки и места проведения испытаний; а) – вращение по часовой стрелке пациента А. с чтением про себя стихов (1) и мальчика 7 лет (2) без чтения стихов (от 0 до 4,5 мин) и с чтением про себя стихов (от 4,5 мин) 05.12.97; b) – вращение пациента А. при беге на месте с закрытыми глазами по часовой стрелке: (1) – 10.01.09 коридор, (3) – 17.03.09; против часовой стрелки: (2) – 07.03.09; (4) – 25.03.09. Пунктирные линии основа пола – армированная бетонная стяжка (толщина 5 см), линолеум; сплошные линии – половая доска (толщина 3,5 см). В процессе БНМ или после обычного бега РФАМ, как правило, зануляется за время 15-30 мин и величина W становится равной нулю (Рис 2, 3b). Весь комплекс выявленных зависимостей характеристик вращения при БНМ от эндогенных и экзогенных факторов можно удовлетворительно объяснить, связав вращение с латеральной асимметрией нервной составляющей биомеханики ОДС. На уровне головного мозга ей, очевидно, будет отвечать переменный ресурс ФАМ (РФАМ), генерируемый неким непостоянным внешним фактором в процессе ночного сна. Снижение температуры тела и мозга в состоянии сна повышает чувствительность жидких сред мозга, обладающих кооперативными свойствами к внешним физическим факторам, к которым можно отнести спирально-вихревое излучение Солнца (СВИС) [4]. Оно ответственно за формирование вихревых структур в атмосфере и может, по-видимому, влиять на кинетику реакций в жидких средах биосистем, обладающих оптической активностью (хиральностью) [4,8-11]. При этом возможная модуляция знака спиральности СВИС магнитным полем Солнца [4], позволяет объяснить наблюдаемую корреляцию между знаком сектора МПС и направлением (знаком) вращения при БНМ [11]. Полагают [4], что прозрачная для СВИС литосфера играет роль сферической линзы, усиливающей действие СВИС на биосферу именно на ночной стороне Земли. Таким образом интенсивность и знак спиральности СВИС зависят от активности Солнца, знака МПС и от локальных хиральных свойств литосферы в местах выхода СВИС из земли. Принятие СВИС за хиральный фактор морфогенеза [10] и РФАМ в том числе, позволяет объяснить не только временные зависимости характеристик вращения при БНМ и хождение по кругу с закрытыми глазами или в лесу [14], но и аномальный спиротропизм хвойных деревьев, наблюдающийся локально и довольно часто [9]. При этом нельзя исключить возможность прямого действия СВИС и в дневное время, эффекты которого будут сильно ослаблены из-за отсутствия фокусирующего действия литосферы и пониженной чувствительности к нему жидких сред бодрствующего организма. Внешний хиральный фактор может порождать дисбаланс в нейрофизиологии двигательных центров коры правого и левого полушария, из которого и формируется РФАМ. Рядом с двигательной зоной коры 6, отвечающей за повороты тела в левом полушарии расположен центр спонтанной речи, активация которого может приводить к возбуждению нейронов зоны 6, о чем свидетельствует тот факт, что повреждения зоны 6, нарушают и спонтанную речь [5]. Очевидно, что эта взаимосвязь у детей будет сильнее, чем у взрослых. Чтение наизусть, как вариант спонтанной речи, асимметрично активируя двигательные центры, усиливает дисбаланс их нейрофизиологии лежащий в основе РФАМ. И действительно, у мальчика эффект чтения наизусть существенно выше, чем у пациента А (Рис 3а). Инверсия и снижение величины РФАМ у женщин по сравнению с мужчинами согласуется с известными данными по изучению гендерных особенностей ФАМ. Например, в условиях стресса у женщин ухудшается, прежде всего, функциональное состояние левого полушария мозга, тогда как у мужчин – правого [13]. У женщин также ослаблено влияние нейрофизиологии речевого центра левого полушария на функции правого полушария [1-3,15]. Снижение угловой скорости и максимального угла вращения у женщин, указывает на то, что РАНС у них меньше, чем мужчин. В работе [8,12] предположили, что в генерации РАНС в процессе ночного сна важную роль играет эпифиз и синтезируемый в нем нейрогормон серотонин (предшественник мелатонина). Известно [13], что содержание серотонина в правом полушарии выше, чем в левом и в крови достигает максимума в ~3 часа ночи [12]. С учетом того, что у мужчин серотонина вырабатывается в среднем на ~50% больше, чем у женщин [13], предположение об участии в генерации РАНС эпифиза и серотонина согласуется с наблюдаемым снижением величины РАНС у женщин. Установлено, что латеральная асимметрия ОДА патологической этиологии у пациента А. превалирует над асимметрией биомеханики ОДА, обусловленной РФАМ. Это относится к обострению артроза коленного и тазобедренного суставов, а также легкой судороги икроножной мышцы одной из ног. В каждом из этих случаев дефектная половина ОДА функционировала хуже контралатеральной половины, которая и становилась ведущей, определяющей направление вращения (Рис 4). Рис 4. Зависимость от времени скорости вращения пациента при БНМ с открытыми глазами на коврике в период обострения артроза коленного и тазобедренного суставов 20.05.11; 1 – бег в камере Фарадея; 2 – бег в том же помещении в двух метрах от камеры Фарадея. Практически одинаковые величины W при БНМ в камере Фарадея и вне ее (Рис 4) свидетельствуют об отсутствии влияния электростатического поля земли на вращательную составляющую биомеханики ОДС патологической этиологии. Факт увеличения W со временем БНМ указывает на усиление патологии правой половины ОДА от нарастающей нагрузки, вследствие чего возрастает доминирующая роль левой его половины и скорость вращения коврика против часовой стрелки. Сравнительные испытания 22.05.11 с участием здорового мужчины Б. (правша, 21 год) и пациента А. с обострением у него на тот момент артроза правого тазобедренного сустава показали следующее. Величины и знаки W вращения коврика у пациента А. и Б. равнялись +0,20 и –0,35 рад/мин, что соответствовало вращениям испытуемых на неподвижной основе по и против часовой стрелки. Такой знак вращения Б., отвечал доминантности левого полушария в РФАМ и коррелировал со знаком сектора МПС, в котором на тот момент находится Земля. Вращение же пациента А. по часовой стрелке было следствием дефектности динамики правой половины ОДА. Эти результаты указывают на несущественность вклада РФАН в дисбаланс биомеханики опорно-двигательного аппарата в случае его патологии или конституционной асимметрии. Здесь уместно отметить оздоровительный эффект регулярного БНМ у пациента А. в периоды проявления патологии суставов правой конечности. Сравнение данных МРТ сустава правого колена от 21.01.10 и 20.05.11 показало, что МРТ-картина разрыва заднего рога медиального мениска, а также начального артроза коленного сустава и пателло-феморального сочленения не изменилась, и незначительным стало количество экссудата. Эти данные говорят о стабилизации ситуации с артрозом и разрывом мениска на фоне уменьшения проявлений синовита. Положительный эффект БНМ в совокупности с прохождением курса медикаментозной терапии (ДОНА) был достигнут и для правого тазобедренного сустава – полностью исчезли клинические симптомы, и восстановилась корреляция знака вращения со знаком сектора МПС. Эти результаты подтверждают эффективность регулярного БНМ как лечебно-профилактического метода кинезитерапии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исследования зависимостей характеристик бега на месте от внешних условий и физического состояния здоровых людей и с патологией опорно-двигательного аппарата показали, что бег на месте можно использовать для анализа латеральной асимметрии нейрофизиологии и биомеханики, а также для диагностирования некоторых патологий суставов нижних конечностей. Практика сочетания бега трусцой с регулярным бегом на месте больного с патологией коленного и тазобедренного суставов в течение полутора лет дала в целом положительный результат, что подтверждает эффективность использования бега в качестве лечебной и профилактической процедуры кинезитерапии. ЛИТЕРАТУРА 1. Амунц В.В. К вопросу об асимметрии структурной организации мозга у мужчин и женщин // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Amunc.htm 2. Брагина Н. Н., Доброхотова Т. А. Функциональные асимметрии человека. -М. -1988. -240 с. 3. Вольф Н.В., Разумникова О.М. Половой диморфизм функциональной организации мозга при обработке речевой информации // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Wolf.htm 4. Кондратьев К. Я., Никольский Г.А. Вихревые эффекты проникающей компоненты солнечного излучения // vd2777.narod.ru/article2/vihr-effects.htm; Воздействия солнечной активности на структурные компоненты земли. 1. Метрологические условия // Исследование земли из космоса. - 2005. -№ 3. С. 1-10; vd2-777.narod.ru/article3/vozdejstv.htm 5. Физиология человека. Ред. Р. Шмидт, Г. Тевс, Т. 1-4, - М.: Мир, 1996 6. Фокин В.Ф. Пономарева Н.В., Городенский Н.Г. и др. Функциональная межполушарная асимметрия и асимметрия межполушарных отношений // Системный подход в физиологии. – 2004, №12.- С. 111-127 7. Холманский А.С. Способ определения функционального состояния человека // Патент РФ 2193859 от 10.07.2001. Бюл. 10.12.2002, № 34. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7046.html 8. Холманский А.С. Зависимость ресурса функциональной асимметрии мозга от внешних условий // Асимметрия. -2009. Т. 3.– № 1.– 9. Холманский А.С. Адаптация деревьев к аномальным физическим факторам // Математическая морфология. Электронный C. 51-62. http://j-asymmetry.com/2011/12/holmansky_1_2009_1/ математический и медико-биологический журнал. - Т. 8. - Вып. 3. - 2009. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-23html/holmanskiy/holmanskiy.htm 10. Холманский А.С. Хиральность и квантовые эффекты морфогенеза // Там же. Т. 9. -Вып. 4. - 2010. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-28-html/kholmanskiy-2/kholmanskiy-2.htm 11. Холманский А.С., Минахин А.А. Морфологические и физические факторы асимметрии вегетативной нервной системы человека // Всероссийская конференция «Современные направления в исследовании функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга». -М. -2010. -С.270-274. 12. Холманский А.С. Моделирование физики мозга // Сознание и физическая реальность. -2008. –Т. 13. -№12 –С.23-38 13. Cahill L. His brain, her brain // Sci Am.– 2005.– Vol. 292.– N 5.– Р.40-47. 14. Souman Jan L., at. all, Walking Straight into Circles // Current Biology, V.19, Issue 18, 2009. P. 1538-1542 15. Wisniewski A. B. Sexually dimorphic partterns of cortical asymmetry, and the role for sex steroid hormones in determining cortical patterns of lateralization // Psychoneuroendocrinol. – 1998. - Vol.23. - Is. 5. - P. 519-547.
