Введение
Диагностика и регуляция состояния здоровья и функционального состояния спортсменов в современной спортивной медицине является одной из центральных проблем [7]. Регуляция функционального состояния нервной системы спортсменов возможна средством нейробиоуправления [9]. Исследователи отмечают диагностическую ценность анализа количественных электроэнцефалограмм у спортсменов для оценки их функционального состояния в соревновательном периоде [3] и при развитии локального мышечного утомления [8]. Функциональное состояние человека может быть описано как «специфические типы связей осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях». Периферический уровень представлен сердечным ритмом, который находится под модулирующим контролем как минимум трех ритмически работающих осцилляторов, поэтому в его спектре обычно выделяют три зоны частотной модуляции периода сердечного цикла: метаболическую, сосудистую и дыхательную. Центральный уровень представлен ритмической активностью головного мозга [2]. Актуальность исследования обусловлена тем, что недостаточно подробно изучены эффекты восстановительного лечения средством нейробиоуправления на функциональное состояние спортсменов с повышенным
уровнем влияния метаболического модулятора сердечного ритма и фрагментарны сведения об особенностях связи осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях в указанной группе спортсменов.
Целью исследования было получение новых сведений о кумулятивном эффекте нейробиоуправления по данным о величине индексов фоновой электроэнцефалограммы спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.
Материал и методы исследования
Одноцентровое проспективное исследование выполнено по доэкспериментальному дизайну [5]. Участники исследования проходили предварительное тестирование, воздействие и итоговое тестирование (ретест). Критерии включения в выборку: активно тренирующиеся спортсмены различных специализаций; квалификация от 1-го разряда и выше; возраст от 17 до 27 лет включительно, состояние здоровья соответствует 1, 2, 3 медицинской группе, пол - любой, ритм сердца - синусовый, воздержание от приема возбуждающих напитков более 8 часов, курения - 3 часов, сон - более 7 часов. Критерии исключения из выборки: возраст менее 17 и более 27 лет; более 10% экстрасистол, несинусовый ритм сердца; таламический, стволовой тип ЭЭГ, ЭЭГ с признаками диффузного поражения мозга, поражения срединных структур и ствола мозга, поражения срединных или глубинных структур полушарий, признаки поверхностного фокуса поражения мозга [4].
Экспериментальную группу составили 30 спортсменов, у которых доля метаболического модулятора в общей мощности спектра превышала уровень верхнего квартиля относительной спектральной мощности сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты - 42% у лиц женского пола и 45% у лиц мужского пола. Спортивную специализацию лыжные гонки имели 9, биатлон - 5, хоккей с шайбой - 5, рукопашный бой - 4, волейбол - 3, плавание - 2, бокс - 2 участника. Участники имели следующую спортивную квалификацию: МСМК - 1, МС - 14, КМС - 9, 1-й разряд - 6. Возраст участников исследования был 21,1 ± 2,2 года. Лица мужского пола - 22, женского пола - 8.
Оценка вариабельности ритма сердца (ВРС) проводилась в положении лежа при помощи электрокардиографа «Поли-Спектр-8/ЕХ» и программного пакета «Поли-Спектр-Ритм». Запись ритма сердца и анализ проводили по протоколу коротких записей [6]. Оценка биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ) проводилась по стандартной методике при помощи 21-канального электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр-5». Электроды располагались по международной схеме 10-20. В качестве референта (A) использовались электроды на мочках ушей. Регистрация ЭЭГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами (фоновая ЭЭГ). Анализ индексов ритма, а не спектральной мощности или когерентности продиктован стремлением получить данные о закономерностях именно временной организации взаимодействия осцилляторов мозга, поскольку одним из информативных методов анализа состояния сложных систем считается анализ темпоральных паттернов [10]. Индексы усреднялись между участниками группы по отведениям. Поскольку при суммации потенциалов разнонаправленные случайные отклонения сглаживаются пропорционально квадратному корню числа наблюдений [1], усредненные данные представляют собой типичный групповой признак и лучше подходят для выявления эффектов воздействия.
Между предварительным и итоговым тестированием участники экспериментальной группы в своем тренировочном процессе получали восстановительное лечение в целях оптимизации функционального состояния (воздействие) в виде курса нейробиоуправления по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3-А1 электроэнцефалограммы (НБУ). Сеансы НБУ проводились при помощи многоканального интерфейса биоуправления БИ-012. НБУ было направлено на увеличение спектральной мощности электроэнцефалограммы в диапазоне
α-ритма. Курс НБУ состоял из 15 сеансов, проводившихся 1 раз в день микроциклами по 5 сеансов с перерывом на 2 дня [3]. Статистический анализ. Соответствие распределения нормальному закону оценивали по гистограммам распределения вариантов в сравнении с величиной ожидаемого нормального распределения и с использованием Shapiro-Wilk W теста. Наличие эффекта от курса нейробиоуправления устанавливали с использованием парного теста Wilcoxon при уровне значимости различий p <0,05 .
Результаты исследования и их обсуждение
Состояние осцилляторных процессов периферического уровня, выраженное в параметрах ВРС, до воздействия характеризовалось значимыми межиндивидуальными различиями. Частота сердечных сокращений (ЧСС) составляла 69,8 ± 12,0. Относительная спектральная мощность сердечного ритма в диапазоне очень низких частот (% VLF) составляла 54,4 ± 8,6 %; низкой частоты - 31,1 ± 9,0 %; высокой частоты (% HF) - 14,5 ± 6,6 %.
Среди показателей кардиоинтервалографии средняя длительность кардиоинтервалов, мода и медиана составили 0,89 ± 0,16 сек., вариационный размах составил 0,20 ± 0,10 сек. Амплитуда моды составила 50,50 ± 14,97 %. Индекс напряжения составил 142,6 ± 53,8.
После воздействия произошло значимое (p<0,05) уменьшение ЧСС до 60,4 ± 10,0, относительной мощности спектра в диапазоне % VLF - до 39,9 ± 12,8. Средняя величина % VLF вошла в диапазон интерквартильного размаха, но при этом в группе увеличились меры рассеивания признака. Воздействие вызвало значимое увеличение относительной спектральной мощности сердечного ритма в диапазоне HF до 23,0 ± 13,4 % и в диапазоне LF - до 37,0 ± 13,4 %. Среди показателей кардиоинтервалографии увеличились все показатели центральной тенденции (среднее М, мода Мо, медиана Ме) до 1,01 ± 0,15 сек. Среди вторичных показателей вариационной пульсометрии значимые различия до и после воздействия обнаружены не были.
В фоновой электроэнцефалограмме спортсменов исследованной группы после воздействия рострокаудальный градиент индекса сгладился за счет повышения его в лобных и центральных отведениях (p<0,05), что сочеталось с увеличением спектральной мощности ритма сердца в диапазоне высокой частоты, что ранее отмечалось [2] как признак снижения стрессовой нагрузки.
После воздействия рострокаудальный градиент тета индекса сгладился за счет его повышения в лобных и центральных отведениях и понижения в центральных, париетальных и окципитальных отведениях (p<0,05) до уровня 2-5 %. Уменьшились до 50-55 % и максимальные значения тета индекса.
Средние значения альфа индекса до воздействия имели заметный рострокаудальный градиент от 0 % в лобных отведениях до 24 % в париетальных отведениях. В 75 % наблюдений альфа индекс в париетальных отведениях превышал 30 %. Максимальное значение в 70 % было отмечено затылочных отведениях. После воздействия средние значения альфа индекса значимо увеличились в полюсных лобных и лобных отведениях F3, F4, F8. Значимое уменьшение альфа индекса было отмечено в париетальных и окципитальных отведениях и в отведении T5. Рострокаудальный градиент сгладился в результате разнонаправленного изменения альфа индекса. Увеличилась дисперсия индекса (рисунок).
Пространственное распределение группового значения альфа индекса до (тест) и после (ретест) курса нейробиоуправления у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма
Бета индекс в диапазоне 13 - 18 Гц значимо повысился в отведениях Fp1, Fp2, F3, Fz, F8, T3, C3, T6. Значимое уменьшение было отмечено в затылочных отведениях и в отведении T5. В результате уменьшился рострокаудальный градиент по бета 1 индексу.
Среднее значение бета индекса в диапазоне 18 - 25 Гц значимо увеличилось в отведениях Fp1, Fp2, F3, Fz, F8, T3, C3, T4 и уменьшилось в отведениях T5, Pz, P4. Хотя уровень средних значений в большинстве наблюдений остался на уровне 2 %, максимальные значения бета 2 индекса увеличились с 6 до 13 %.
Таким образом, подтверждается кумулятивный эффект восстановительного воздействия, представленного курсом нейробиоуправления по спектральной мощности альфа ритма головного мозга, на индексы ритмов электроэнцефалограммы у спортсменов высокой квалификации. Поскольку под влиянием курса нейробиоуправления в различных областях головного мозга одновременно наблюдаются и процессы активации (в областях с невысоким уровнем индексов), и процессы деактивации осцилляторов (в областях с более высоким уровнем индексов,) то курс нейробиоуправления можно рассматривать как воздействие, не столько стимулирующее тормозные или активирующие структуры мозга, сколько как воздействие, модулирующее работу этих структур.
Выводы
1) у спортсменов высокой квалификации с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма особенностью состояния временных паттернов биоэлектрической активности мозга являются повышенные уровни дельта и тета индексов в центральных, париетальных и окципитальных отведениях, а также выраженный рострокаудальный градиент осцилляторной активности с признаками депрессии в лобных долях в альфа и в бета диапазонах электроэнцефалограммы;
2) восстановительное лечение в виде курса нейробиоуправления по спектральной мощности в альфа диапазоне электроэнцефалограммы вызывает значимый кумулятивный эффект во временных показателях фоновой биоэлектрической активности мозга у спортсменов высокой квалификации с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма;
3) кумулятивный эффект представлен модулирующим активность центральных осцилляторных процессов влиянием, проявляющимся во всех стандартных частотных диапазонах электроэнцефалограммы, а не только в альфа диапазоне, спектральная мощность которого была управляемым параметром биологической обратной связи;
4) кумулятивный эффект курса нейробиоуправления представлен генерализованным в пространстве неокортекса модулирующим активность осцилляторных процессов влиянием, которое прослеживается во всех отведениях, а не только в локусе, служившем источником управляющего сигнала биологической обратной связи.
Научное исследование проводится в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.
Список литературы
- Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (картирование и локализация источников электрической активности мозга). - М.: МЕДпресс-информ. - 2004. - 624 с.
- Данилова Н.Н., Астафьев С.В. Внимание человека как специфическая связь ритмов ЭЭГ с волновыми модуляторами сердечного ритма // Журн. высш. нервн. деят. - 2000. - Т. 50. - Вып. 5. - С. 791 - 804.
- Еремеев С.И., Еремеева О.В., Кормилец В.С. Динамика активности модуляторов ритма мозга у спортсменов в соревновательном периоде макроцикла по данным спектрального анализа количественных электроэнцефалограмм и ее регуляция средством нейробиоуправления // Вестн. Югорского ун-та. - 2008. - Т. 11, № 4. - С. 35-43.
- Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии. 3-е изд. - М.: МЕДпресс-информ. - 2004. - 368 с.
- Кэмпбелл Д. Модели экспериментов в социально-психологических и прикладных исследованиях. - С-Пб.: Социально-психоло-гический центр. - 1996. - 390 с.
- Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения метода. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Иваново: Иван. гос. мед. академия. - 2002. - 290 с.
- Перхуров А.М. Очерки донозологической функциональной диагностики в спорте / Под науч. ред. проф. Б.А. Поляева. - М.: РАСМИРБИ. - 2006. - 152 с.
- Попова Т.В., Корюкалов Ю.И., Коурова О.Г. Вариабельность биоэлектрической активности мозга при различных состояниях спортсменов // Теория и практика физической культуры. - 2006. - № 8. - С. 20-22.
- Тристан В.Г., Погадаева О.В. Нейробиоуправление в спорте. - Омск: Изд-во СибГАФК. - 2001. - 136 с.
- Borrie A., Jonsson G.K., Magnusson M.S. Temporal pattern analysis and its applicability in sport: an explanation and exemplar data // J. Sports Sci. - 2002 - V. 20, № 10. - P. 845 - 852.