Физическая культура и спорт / 1.Физическая культура и спорт: проблемы, исследования, предложения.

Старший викладач Бітко С.М.

Національний Технічний університет України, Київ

АНАЛІЗ ДЕЯКИХ ПСИХОФІЗІОЛОГІЧНИХ РЕАКЦІЙ У ЛЮДЕЙ 3 РІЗНОЮ РУХОВОЮ АКТИВНІСТЮ ЗА ДОПОМОГОЮ ТРАДИЦІЙНИХ ТА НЕТРАДИЦІЙНИХ МЕТОДІВ.

Встановлено особливості психофізіологічних реакцій на фізичні навантаження у людей з різним рівнем адаптації до них. Висновки зроблено за даними фрактального аналізу i традиційних методів оцінки психофізіологічних реакцій. На цій основі встановлено діагностичні можливості цього методу.

Ключові слова: фрактальний аналіз, нейродинаміка, фізичні навантаження, адаптація, витривалість.

Установлены особенности психофизиологических реакций на физические нагрузки у людей с разным уровнем адаптации к ним. Выводы сделаны по данным фрактального анализа и традиционных методов оценки психофизиологических реакций. На основании этого установлены диагностические возможности данного метода.

Ключевые слова: фрактальный анализ, нейродинамика, физические нагрузки, адаптация, выносливость.

Постановка проблеми. Стаття присвячена фрактальному аналізу динамічних характеристик деяких психофізіологічних реакцій. При цьому психофізіологічні реакції ми розглядаємо як відкриті динамічні системи з швидко змінним станом, то різко напруженим, то близьким до стабільного, що особливо характерно у періоди адаптації до виражених змін стану середовища (фізичне навантаження, емоційна й інтелектуальна діяльність та iн.). Дослідження психофізіологічних реакцій, як правило, здійснюється пред’явленням 30-70 подразників (результат - середнє значення цих реакцій). (Оцінка всього ряду реакцій, що пред’являються, як правило, не аналізується - досліджується «статичний» стан системи реалізації психофізіологічних реакцій). Вплив регулярних фізичних вправ на динаміку реалізації психофізіологічних реакцій логічно вимагає врахування значення кожного вимірювання. Фрактальне моделювання як інструмент для вивчення прихованого порядку в динаміці багатофакторних неврегульованих систем, якими є реалізація рухової функції при інтенсивній діяльності, стало аналітичною потребою.

Фрактальні моделі дозволяють аналізувати особливості адаптації до інтенсивної фізичної діяльності, а також оцінювати процес збереження працездатності в цих умовах [2; 5].

Проблема діагностики поточного стану людей, що регулярно займаються фізичними навантаженнями, i тих, що не займаються активно фізичним навантаженням, набуває в сучасних умовах все більшої актуальності і значущості.

Дослідження психофізіологічних реакцій разом з даними про стан функціональних можливостей організму в різних умовах необхідно враховувати для розуміння особливостей їх нейродинамічних i психомоторних функцій, а також властивостей, що забезпечують координацію психофізіологічних проявів функціонального стану, його якісну своєрідність [6;7].

Таким чином, завдання такі:

а) дослідження максимальної швидкості переробки інформації i рухливості нервових процесів при виконанні рухових вправ;

б) дослідження стійкості i надійності переробки інформації при роботі на субмаксимальній швидкості;

в) дослідження опору стомленню при фізичній роботі різної інтенсивності.

Аналіз останніх досліджень i публікацій. Сучасні підходи до оцінки стану сомато-сенсорної системи, яка забезпечує виконання спеціальної рухової функції, характерної для конкретного типу м’язової діяльності, складається у відсутності достатньо інформативних функціональних критеріїв [і;3]. Практична психодіагностика i її теорія, через недостатню розробленість, обмежується лише описом типових відхилень діяльності психічних процесів, станів, пошуком закономірностей, зв’язків, що обумовлюють ці відхилення [5; 6; і0]. Психодіагностика фізичного стану при м’язовій діяльності, яка характерна i для фізичної культури i спорту, може бути обґрунтована i розроблена виходячи із закономірностей психічного відображення [4; 6; 7]. Показники точності психічного відображення швидкості розумових процесів з переробки сенсорної інформації можуть бути тонкими індикаторами фізичного стану. Але при цьому відображається тільки одна сторона психодіагностики. Показники точності відображення i швидкості розумових процесів тільки вказують на деякі характеристики фізичного стану людини i не відображують в цілому фізичний стан людини, зокрема при виконанні м’язової діяльності [9; 10].

Останнім часом значна увага приділяється розвитку теорії динамічних систем i методів фрактального аналізу (i зокрема фізіологічних систем). Відповідно до цього підходу системи моделюються системою звичайних диференційних рівнянь. Є системи, які описуються невеликою кількістю рівнянь, що демонструють елементи хаосу. Нейрофізіологічні системи людини дуже складні. Розроблені методи, які дозволяють за записом часового ряду одного з параметрів відтворити складність i деякі характеристики цієї системи. Фрактальне моделювання як інструмент для вивчення прихованого порядку в динаміці багатофрактальних неврегульованих систем, якими є реалізація рухової функції при інтенсивній діяльності, стало аналітичною потребою. При аналізі таких складних об’єктів можна використовувати підхід, розроблений в теорії фракталів.

Фракталом зветься структура, яка складається з частин, які в якомусь сенсі, подібні цілому. Фрактальна безліч характеризується дрібною розмірністю, хаос та фрактали як об’єкти вивчення пов’язані з дисципліною, яка має назву нелінійна динаміка, в межах якої перебувають системи, які реагують на подразнення нелінійним чином. В деяких ситуаціях детерміновані нелінійні системи перебувають у стані, який називається хаосом. Детермінований хаос нелінійних динамічних систем - це стан повної дезорганізації, або випадкових подій. Фрактальні структури часто являють собою слід хаотичних нелінійних динамічних процесів. В людському організмі багато фракталоподібних утворень, хоча ці фрактальні анатомічні структури виконують неоднакові функції в різних органах, тим не менш є деякі спільні анатомічні i фізіологічні якості.

Результати досліджень, проведених останнім часом, свідчать, що хаос є нормальною якістю багатьох компонентів нервової системи. Наприклад, виявили ознаки хаосу в компонентах нервової системи, яка регулює секрецію гормонів [2; 4; 5]. Саме фізіологам належить краще зрозуміти те, яким чином процеси розвитку призводять до виникнення фрактальних структур i як динамічні процеси в організмі породжують ознаки хаосу, i саме завдяки цьому будуть розроблені тонкі методи аналізу різних порушень функцій організму в різних умовах. Тож уявляється, що такий підхід дозволить глибше зрозуміти нейрофізіологічні процеси i в подальшому, можливо, використовувати їх у діагностиці.

Мета: встановити за даними фрактального аналізу i традиційних методів особливості психофізіологічних реакцій на фізичні навантаження людей з різним рівнем адаптації до них, а також оцінити діагностичні можливості фрактального аналізу.

Основні матеріали дослідження, обґрунтування отриманих наукових результатів

Отримання експрес-інформації про психофізіологічні стани людини:

* визначення рівня просторово-часового диференціювання, співвідношення гальмівно-збудливих процесів в центральній нервовій системі

* визначення латентного часу простої i складної зорово-моторної реакції, анаеробної i загальної витривалості НМА.

Досліджували 16 ociб (20-25 р.), що активно займаються фізичною культурою (3-4 тренування на тиждень – I гр.) i 25 здорових людей, що практично не займаються (1 заняття на тиждень - II гр.).

У вcix обстежених реєстрували параметри вищої нервової діяльності за наслідками сенсомоторної діяльності різного ступеня складності.

На установці «ДІАГНОСТ» досліджували латентний період простої зорово-моторної реакції (ПЗМР), складної зорово-моторної реакції (СЗМР), СЗМР, величину функціональної рухливості i динамічність нервових процесів у спокої i їх зміна при виконанні навантаження (80% від максимальної динамічності, визначеної заздалегідь у кожного досліджуваного), визначили функціональну рухливість нервових процесів (ФПНП), силу нервових процесів.

Комплекс «ДІАГНОСТ» дає можливість дослідити:

- особливості простих та складних сенсомоторних реакцій на подразники, які адресовані до першої i другої сигнальної системи;

- властивості вищої нервової діяльності (рівень функціональної рухливості, сили основних нервових процесів, динамічність, врівноваженість, лабільність нервової системи);

- здатність до переробки інформації різної складності; особливості серцевого ритму при виконанні дозованих розумових та фізичних навантажень за даними статистичного аналізу, варіаційної пульсометрії, кореляційної ритмографії, автокореляційної та спектральної функцій;

- ступінь емоційної та операційної напруженості;

- рівень розвитку різномодальної пам’яті, просторового сприйняття, логічного мислення, лінгвістичних i математичних здібностей;

- здатність до концентрації i переключення уваги;

- суб’єктивну оцінку психосоматичного статусу;

- особливості людини за допомогою профільних опитувань;

- резервні можливості організму (проби: Штанге i т.д).

В кожному конкретному випадку пропонується детальний опис процедури дослідження, а одержані результати тестування автоматично обробляються. Таким чином, комп’ютерний психофізіологічний комплекс «ДІАГНОСТ» реалізує більше 40 методик, які пройшли масову апробацію та добре себе зарекомендували на практиці в роботі центрів здоров’я.

Дослідження нейродинамічних характеристик людини включає:

- визначення часу простої зорово-моторної реакції (ПЗМР) на світловий подразник (кольори, геометричні фігури, слова);

- визначення часу складної зорово-моторної реакції (СЗМР) на світловий подразник в умовах вибору одного з трьох (ПВ 1-3) сигналів, які подаються до першої сигнальної системи (кольори, геометричні фігури);

- визначення рівня функціональної рухливості i динамічності нервових процесів (відповідно РФР НП та РД НП);

- визначення працездатності головного мозку (ПГМ) - сили нервових процесів.

Статистичну обробку результатів проводили з використанням комп’ютерної програми «SPSS v10» з визначенням основних статистичних показників.

Фрактальний аналіз оцінювали методом Херста за формулою:

Для багатьох тимчасових рядів нормований розмах добре описується емпіричним співвідношенням - як показане Херстом i Феллером, для випадкового процесу з незалежними значеннями i кінцевою дисперсією.

R/S = (рф/2н).

Результати досліджень. Згідно з даними літератури, загальноприйнята точка зору про енергетичне забезпечення фізичних навантажень зводиться до такого.

Для здійснення фізичного навантаження різної інтенсивності необхідна енергія, що забезпечує м'язові скорочення. В організмі icнyє кілька систем синтезу енергії, що використовуються для забезпечення того чи іншого виду фізичного навантаження. Ці системи поєднує те, що енергетичним субстратом є аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Існує два принципово відмінних механізми синтезу АТФ: з використанням кисню (аеробний шлях) i без використання кисню (анаеробний шлях).

Кожний iз представлених енергетичних шляхів має певне значення для забезпечення фізичного навантаження того чи іншого роду. Зокрема, креатинфосфатна система забезпечує навантаження максимальної інтенсивності i мінімальної тривалості, тому що запаси КФ обмежені i повністю витрачаються протягом 6-8 секунд. Лактатна система, навпаки, працює при тривалому навантаженні високої інтенсивності. Обидві системи разом складають анаеробний вектор енергоутворення, що забезпечує підтримку однієї з двох фаз коливального метаболічного процесу. Найважливішою є його енергодефіцитна особливість (малий вихід АТФ) разом з утворенням значних кількостей молочної кислоти (лактата). Молочна кислота, що накопичується (особливо в працюючих м'язах), викликає закислення тканин i порушення їхнього функціонального стану.

Найбільша кількість енергії для м'язової роботи утвориться з використанням кисню з глюкози i жирів. Разом обидва ці шляхи утворять аеробний вектор енергоутворення, що забезпечує підтримку іншої фази коливального метаболічного процесу. Його особливість полягає в тому, що він є основним джерелом енергозабезпечення в умовах рухової діяльності. Аеробна система включається в процес роботи на 2-3 хвилини від початку фізичного навантаження.

3 погляду викладених даних зміст тренувального процесу полягає в підтримці на оптимальному балансі між двома фазами метаболічного процесу (аеробної й анаеробної), який варто розглядати як єдиний нелінійний i коливальний.

Деякі аспекти проблеми фізичного перевантаження

Очевидно, що проблема перетренованості лежить у площині уявлень про дисбаланс у роботі метаболічного механізму. Ясно також, що зрушення при цьому відбувається у бік анаеробних процесів, що виявляється i фізіологічно i клінічно.

У першу чергу наслідком ацидозу є одночасне порушення тонкої координації pyxiв, що чітко виявляється у високотехнічних видах спорту. Тому відпрацьовування координаторних дій у таких умовах малопродуктивні. Різко зростає ризик травмування спортсменів. Порушення цілісності клітинних оболонок кістякових м'язів призводить до мікронадривів, a різкі i нескоординовані рухи можуть призвести i до більш серйозних травматичних ушкоджень (надриви, розриви м'язів, сухожиль, ушкодження суглобів).

У спортсменів з високою мотивацією до спортивних досягнень може бути порушена суб'єктивна оцінка самопочуття, часто вони недооцінюють навантаження того чи іншого заняття, іноді самостійно йдуть на збільшення тривалості чи інтенсивності фізичного навантаження. Накопичення утоми i недовідновлення організму вимагає вже не декількох днів, а значно більш тривалого проміжку часу (тижня i місяця). Найбільш типові скарги на постійне почуття утоми, скутість pyxливості, бажання припинити тренування. 3 боку ЦНС:дратівливість, занепокоєння, відсутність належної концентрації уваги, неуважність, запальність, почуття утоми i навіть депресія.

Зрозуміло, що проблемою i тренера, i лікаря є визначення тієї грані за якою порушується стійкий баланс метаболічних процесів i розвиваються ознаки хронічної утоми. Очевидно, найкраще, якщо це відбудеться раніше i за мінімальної витрати сил i часу.

На практиці сьогодні, з погляду спортивної фізіології, успішність будь-якого тренувального процесу зводиться до поліпшення декількох функціонально значимих показників: величини максимального споживання кисню, рівня анаеробного (лактатного) порога, економічності pyxiв.

Отримані результати (табл., рис. 1-3) свідчать про те, що коефіцієнт фрактального розкиду (коефіцієнт Херста) у людей, адаптованих до фізичних навантажень, при виконанні навантажень не зменшується. У менш адаптованих людей коефіцієнт фрактального розкиду знижується. На даному етапі при високих навантаженнях можемо припустите, що рівень функціонального стану людини підтримується схоластичністю психофізіологічних реакцій, навіть на піці навантаження.

Деякі особливості коливального процесу в біологічних системах.

Основу існування будь-якої живої системи, як відомо, становить коливальний процес, що виражається так званою фрактальністю функцій. Остання обставина визначає роль гомеостатичних констант як деяких центрів, щодо яких коливаються доцільні реакції, протилежні за знаком (синтез - розпад, порушення - гальмування i т.д.). Саме широта інтервалів, у межах яких адаптивні реакції мають можливість неминуче досягти свого оптимального рівня, свідчить про високу пристосованість i високу надійність БІОЛОГІЧНОЇ системи.

Таблиця 1. Фрактальний аналіз психофізіологічних показників

(коефіцієнти Херста)

Гр.	СЗМР	до Ландольта	Шультке
1 2	0,877071 0,640457	0,912334 0,812587	0,924174 0,635424
1 2	0,815382 0,777021	0,862401 0,745123	0,803381 0,878445
1 2	0,841433 0,780304	0,743792 0,817162	0,851331 0,807216
1 2	0,805345 0,705839	0,719604 0,651217	0,837240 0,843508
1 2	0,858406 0,806235	0,747655 0,615842	0,847875 0,782892
1 2	0,783481 0,577120	0,786062 0,677918	0,763169 0,679745
1 2	0,661558 0,770992	0,848662 0,857974	0,784275 0,744764
1 2	0,775084 0,854745	0,790275 0,711508	0,809442 0,7494
1 2	0,817460 0,847227	0,721623 0,836579	0,776717 0,770173
1 2	0,731727 0,80185	0,880021 0,836690	0,783459

Рис.1. Показники СЗМР у тих, хто регулярно займається фізичними вправами

Рис. 2. Особливості швидкості переробки інформації при виконанні тесту Шультке-Платонова

Найважливішим вираженням нелінійності є асиметричний характер двох антагоністичних тенденцій, що лежать в ОСНОВІ коливальних процесів i забезпечують поступальність хвильових процесів. Організм у

цілому розглядається як система взаємодіючих один з одним i із середовищем нелінійних біоосціляторів, джерелом енергії яких є процеси метаболізму.

Звідси може бути зроблений найважливіший висновок про те, що в основі коливань лежать процеси енергозабезпечення. Аеробні й анаеробні способи одержання енергії разом забезпечують поступальність роботи метаболічних механізмів. А їхнє гармонічне сполучення i є головною умовою підтримки стабільної й оптимальної спортивної діяльності.

При фрактальному аналізі базувалися на дослідженнях Гольберга i Ричні [2]. Вони проаналізували методом фракталів ЕКГ-сигнали більш 14 млн людей. Автори за даними фрактального аналізу частоти серцевих скорочень дійшли висновку, що висока стохастичність серцевого ритму дозволяє організму функціонувати в широкому діапазоні i легко адаптуватися до фізичних навантажень. Таким чином, ці й наші дані свідчать, що чим більше розкид нейродинамічних показників i показників кардіоритму, тим ефективніші адаптаційні можливості організму.

Таким чином, метод фрактальної оцінки психофізіологічних реакцій дозволяє оцінити функціонування досліджуваних структур в умовах адаптаційних можливостей.

Висновки. Метод фрактального аналізу (при значних масивах даних - більше 50 вимірювань) дозволяє виявити динаміку реалізацій адаптивної функції рухових реакцій за психофізіологічними показниками.

1. Метод фрактального аналізу психофізіологічних реакцій у людей з різною руховою активністю є достатньо інформативним в оцінці ефективності адаптації до фізичних навантажень.

2. Встановлено, що коефіцієнт Херста дозволяє оперативно виявити характер змін психофізіологічних показників у людей при виконанні різного роду робіт.

Література

1. Алексийчук Ю.Н., Коляденко Г.И., Лизогуб B.C. и др. О взаимосвязи основных свойств нервных процессов с некоторыми психофизиологическими показателями и результатами физической подготовленности абитуриентов // Индивидуальные психофизиологические особенности человека и профессиональная деятельность: Тез. докл., Черкассы і3-і5 ноября 1991 г. - Киев - Черкассы, 1991. - С. 3-4.

2. Голберг Э.Л., Ригни Д.Р., Уэст Б. Дж. Хаос и фракталы в физиологии человека // В мире науки. - 1990. - № 4. - С. 25-30.

3. Иванюра И.А. Полищук СМ., Шейко В.И. и др. Динамика некоторых психофизиологических функций учащихся среднего школьного возраста, занимающихся плаванием // Индивидуальные психофизиологические особенности человека и проф. деят.; тез. докл. ч.2. Черкассы 13-15 ноября 1991 г. - Киев - Черкассы, 1991. - С. 55-57.

4. Кауфман С.А. Антихаос и приспособление // В мире науки. - 1991. - №і0. - С. 43.

5. Коркаран Э. Упорядоченный хаос // В мире науки. - 1990. - № 10. - С. 40-41.

6. Лоскутова Т.Д. Время реакции как психофизиологический метод оценки функционального состояния нервной системы // В кн.: Нейрофизиологические исследования в экспертизе трудоспособности. - Л.: Медицина, 1978. -С.165-194.

7. Макаренко Н.В. Время сложной сенсомоторной реакции выбора у лиц с различной функциональной подвижностью нервных процессов // Журн. высш. нервн. деят. - 1989г. - 39, вып. 5. - С. 813-818.

8. Сандер Д. Фрактальный рост // В мире науки. - 1987. - № 3.

9. Юнгерс X., Пайтген Х-О., Заупе Д. Язык фракталов // В мире науки. - 1990. - №і0. - С. 36, 42.

10. Цырульников В. А., Ворначева Т. Р., Битко СИ. Программа психофизиологических исследований при личной деятельности // Теоретичні i прикладні проблеми психології, 2008. №і(і8). - С.187-193.

The research establishes special features of psycho-physiological responses to a physical activity that people with different levels of adaptation to it have. Conclusions are made according to the data of the fractal analysis and the traditional methods of evaluation of psycho-physiological reactions. This gives reasons to determine the diagnostic capabilities of the method considered.

Key words: fractal analysis, neurodynamics, physical activity, adaptation, stamina.

Бітко Сергій Миколайович - старший викладач кафедри теорії та методики фізичного виховання та спорту Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» м. Київ