Метод многомерных фазовых пространств в оценке влияния физических нагрузок разной направленности на состояние кожи спортсменов

Введение. Микроциркуляторное русло как важная часть сердечнососудистой системы человека играет важную роль в процессах адаптации организма к различным воздействиям [Александров П.Н., Еникеев Д.А., 2004]. Нарушения микроциркуляции кожи - одно из самых частых явлений, сопровождающих любую воспалительную реакцию в коже [Козлов В.И., 2006]. Изучение микроциркуляции у людей, занимающихся спортом, представляет собой актуальный раздел физиологии мышечной деятельности, так как позволяет вскрыть тонкие механизмы, которые лежат в основе приспособительных реакций организма к физическим нагрузкам. Нарушение микроциркуляции при физических перегрузках связаны с действием продуктов энергетического обмена и биологически активных веществ из распадающихся структурных элементов клеток, истощением источников энергии для работы мышц [Михалюк Е.Л. и др., 2008].

Цель исследования. На основе использования метода многомерных фазовых пространств состояний изучить влияние физических нагрузок разной мышечной

направленности на микроциркуляцию кожи и транскутанного парциального давления кислорода в микроциркуляторном русле у спортсменов.

Методы и организация исследования. В исследовании приняли участие представители следующих видов спорта: спортивная гимнастика (девушки, п=10 и юноши, п=10), академическая гребля (девушки, п=10 и юноши, п=10), игровые (волейбол, гандбол, настольный теннис) виды спорта (девушки, п=10 и юноши, п=10) и контрольная группа (девушки, п=10 и юноши, п=10), занимающихся в рамках общепринятой программы по физической культуре. Все участники исследования (40 девушек и 40 юношей в возрасте 16-22 лет) были отобраны случайным образом. В состоянии относительного физиологического покоя у спортсменов разной специализации регистрировали показатели микроциркуляции кожи, (мл/мин) на следующих участниках тела: лоб, живот, спина и транскутанного парциального давления кислорода в микроциркуляторном русле, (mmHg): лоб, живот. Показатели микроциркуляции кожи регистрировали при помощи неинвазивных методик: лазер-допплеровского флоуметра BLF-21 фирмы «Perimed» (Швеция) и монитора ТСМ-400 фирмы «Radiometr», (Дания) предназначенного для измерения транскутанного парциального давления кислорода в микроциркуляторном русле.

Лазерная допплерография позволяющая непосредственно изучить состояние кожного кровотока (рис. 1, 2). Лазерная допплерография позволяет объективно оценить состояние микрогемодинамики в поверхностно расположенных тканях, что в совокупности позволяет выявить резервы капиллярной перфузии, степень нарушения микроциркуляции, а также возможное участие симпатического (спастического) компонента в микроциркуляторных расстройствах. Метод основан на эффекте Допплера. Монохромный лазерный луч по каналу фиброскопа передается на поверхность кожи, где отражается от тканей и форменных элементов крови. Затем по другому каналу фиброскопа отраженный луч попадает на фотодиод, и по изменению спектра возвращенного сигнала определяется характер кровотока.

Метод многомерных фазовых пространств в оценке влияния 13

физических нагрузок разной направленности на состояние кожи спортсменов

Наряду с лазерной допплерографии все шире применяется транскутанная полярография, которая является одним из наиболее объективных неинвазивных методов оценки периферического газообмена, оксигенации кожи и кислородного статуса (рис. 3).

Чрезкожное определение парциального напряжения кислорода осуществляется с помощью мембранного закрытого электрода типа "Кларка" (рис. 4).

Электрод снабжен подогревающим устройством, позволяющим создавать локальную гипертермию (до 44°С) и гиперемию. При этом происходит повышение кожного кровотока вследствие местного расширения сосудов, что побуждает кислород крови рассеиваться от капилляров чрезкожно. Кислород диффундирует через кожу в нанесенный раствор и регистрируется датчиком.

Обработку данных исследования осуществляли при помощи метода многомерных фазовых пространств состояний [В.М. Еськов, 2006]. Особенности описаний биологической динамической системы с позиций теории хаоса и самоорганизации базируются на системных подходах [4,5,6]. Если исследования состояния кожных покровов проводятся в отношении групп спортсменов разных видов спорта, находящихся в приблизительно одинаковых условиях по состоянию функций организма (например, группы людей в одинаковых экологоклиматических условиях) и регистрируют параметры функций организма каждого человека из группы, то эти параметры образуют наборы (компартменты) диагностических признаков в пределах одной фазовой координаты Xi - из набора всех координат m-мерного фазового пространства состояний ФПС с одинаковыми диагностическими характеристиками. При этом, каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма данного человека - ВСОЧ) в данный момент времени задается точкой в этом так, что группа пациентов образует некоторое “облако” (квазиаттрактор) в фазовом пространстве состояний, а разные группы (из-за разных воздействий на них) образуют разные “облака” - квазиаттракторы в ФПС.

В целом, решение задачи выбора наиболее важных параметров порядка при таком подходе достигается за счет того, что, получаемые данные от группы спортсменов или от одного спортсмена путем повторов измерений в виде набора т блоков данных (компартментов), где т -число измеряемых диагностических признаков, переносят в виде точек в т -мерное фазовое пространство состояний и измеряют параметры полученных квазиаттракторов [5,6].

Данный метод нами используется для групповых сравнений (разных групп людей при разных видах спорта, например, когда имеются несколько кластеров данных (каждый кластер для каждой группы спортсменов, или для каждого метода обследования) и эти кластеры описываются своим вектором состояния организма человека, входящего в обследуемую к -ю группу в виде Xk = (хк,,Xk7,...,Xkm) i=J7 т

т/ , где _ номер диагностического признака

(параметра организма обследуемого), a - номер кластера (номер группы пациентов или номер конкретного воздействия - лекарства, где - 1,2,...ру р[рИ этом для каждого вектора х в одном и том же фазовом пространстве состояний размерностью т имеются одинаковые наборы компонент (диагностических Xk

признаков) 1 , которые в свою очередь имеют наборы (общим числом п, где п - число пациентов в группе, a J- номер пациента в группе, 7 _ 1,2, - Л) конкретных множеств они образуют квазиаттрактор в ФПС значений самих

диагностических признаков по каждой из координат 1 . Объемы квазиаттракторов и координаты их центров являются интегративными мерами оценки эффективности лечебного воздействия. [5,6].

Результаты и их обсуждение. Можно видеть, что наибольший объем 5-ти мерного фазового пространства состояний отмечен в следующих видах спорта: академическая гребля и гимнастика, как у юношей, так и у девушек. Вместе с тем у представителей этих видов спорта более большие величины асимметрии в сравнении с представителями игровых видов спорта и контрольной группы (табл. 1).

Таблица 1.

Объем 5-ти мерного параллелепипеда, внутри которого находится
квазиаттрактора поведения вектора состояния организма спортсменов и
показателя асимметрии при физической нагрузке разной направленности

Виды спорта

General V value

General asymmetry value

Юноши

Девушки

Юноши

Девушки

Г имнастика

24,3 IOj

10,6 IO3

7.3598

3.6777

Академическая гребля

70,1 IO3

19,5 IO3

4.1449

5.3696

Игровые

2,8 IO3

5,5 IO3

0.7107

12.6222

Контрольная группа

10,0 IO3

4,2-IO3

4.8481

4.2322

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), X2 - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Xs - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

Методом исключения отдельных признаков было установлено влияние Xj признака (в нашем случае это параметры микроциркуляции кожи, транскутанного парциального давления кислорода) на величину Z (расстояние между центрами квазиаттракторов) с поэтапным исключением из расчета отдельных компонент вектора состояния организма девушек (табл. 2).

Таблица 2.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девушек занимающихся гимнастикой и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

VyO = 4,2-IO3

VxO = 10,6-IO3

dif=6,4 IO3

RO= 60,52%

ZO=I 4,95

Vyl =0,9-IO3

Vxl = 1,6-IO3

dif=0,7 IO3

Rl= 45,08%

Zl=14,75

Vy2 = 4,6103

Vx2 = 9,6103

dif=5,0 IO3

R2=51,75%

Z2= 14,94

Vy3=3,2103

Vx3 = 9,6103

dif=6,4103

R3= 66,60%

Z3=14,94

Vy4 = 0,1103

Vx4=0,4103

dif=0,3 IO3

R4=74,39%

Z4=3,21

Vy5 = 0,2103

Vx5 =0,19 IO3

dif=0,01 IO3

R5=7,14%

Z5=14,81

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), Хг - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Х5 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

Было определено расстояние между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек (табл. 2), занимающихся гимнастикой и контрольной группы, где Z0=14,95. Показано, что более значительным являлся признак Z4=3,21 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (ZO = 14,95) почти в 5 раз (при, Z4=3,21).

При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся гимнастикой и контрольной группы (табл. 3), установлено, что более значительным являлся признак Z5=l,82 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (Z0 = 19,48) почти в 11 раз (при, Z5=l,82).

Таблица 3.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма мальчиков занимающихся гимнастикой и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

_VyO= 10,0-IO3

VxO = 24,3 IO3

dif=14,3 IO3

RO= 58,87%

ZO= 19,48

Vyl =2,22-IO3

Vxl =2,19-IO3

di P=O,03 IO3

Rl= 1,45 %

Zl=19,48

Vy2 = 11,1 IO3

Vx2 = 27,0-IO3

dif+15,9 IO3

R2= 58,87%

Z2= 19,46

Vy3 = 10,0-IO3

Vx3 = 17,3 IO3

dif=7,3 IO3

R3= 42,42%

Z3=19,48

Vy4 = 0,26-IO3

Vx4 =0,66-IO3

dif=0,4 IO3

R4=59,95 %

Z4=19,43

Vy5 = 0,15-IO3

Vx5 =0,52-IO3

dif=0,37 IO3

R5=70,25 %

Z5=l,82

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), X2 - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Xs - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек, занимающихся академической греблей и контрольной группы (табл. 4), установлено, что более значительным являлся признак Z5=2,04 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (ZO = 7,19) в 3,5 раза (при, Z5=2,04).

Таблица 4.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девочек занимающихся академической греблей и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

VyO = 4,2-IO3

VxO = 19,5-IO3

diM5,3 103

RO= 78,59%

Z0=7,19

Vyl =0,9-IO3

Vxl =4,9-IO3

difM,0103

Rl= 81,38%

Zl=7,13

Vy2 = 4,6103

Vx2 = 13,9-IO3

dif^9,3 IO3

R2= 66,70%

Z2=7,19

Vy3=3,2103

Vx3 = 10,3 IO3

dif=7,l IO3

R3= 68,71%

Z3=7,19

Vy4 = 0,11 IO3

Vx4 =0,57-IO3

difi=0,46103

R4=80,32%

Z4=6,97

Vy5 = 0,2103

Vx5 =0,36-IO3

difi=0,16 IO3

R5=44,95 %

Z5=2,04

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), X2 - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Xs - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся академической греблей и контрольной группы (табл. 5), установлено, что более значительным являлся признак Z5=4,54 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (Z0 = 15,1) в 3 раза (при, Z5=4,54).

Таблица 5.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма мальчиков занимающихся академической греблей и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

VyO= 10,0 IOj

VxO = 70,1-IO3

dif=60,l IO3

RO= 85,74%

ZO=I 5,1

Vyl =2,2-IO3

Vxl =6,2-IO3

dif=4,0 IO3

Rl= 64,51 %

Zl=15,l

Nyl = 11,1 IO3

Vx2 = 58,5-IO3

dif=47,4 IO3

R2= 80,99%

Z2=15,07

Vy3 = 10,0 IO3

Vx3 = 46,7-IO3

dif=36,7 IO3

R3= 78,61 %

Z3=15,l

Vy4 = 0,25- IO3

Vx4=l,2103

dif=0,95 IO3

R4=78,24 %

Z4=14,4

Vy5 = 0,15-IO3

Vx5 =1,17-IO3

dif= 1,02 IO3

R5=86,84 %

Z5=4,54

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), X2 - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Х5 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма девушек, занимающихся игровыми видами спорта и контрольной группы (табл. 6), установлено, что более значительным являлся признак Z5=2,74 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (ZO = 5,35) почти в 2 раза (при, Z5=2,74).

Таблица 6.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма девочек занимающихся игровыми видами спорта и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

VyO = 4,2-IO3

VxO = 5,5 -IOj

dif=l,3 IO3

RO= 23,65%

Z0=5,35

Vyl =0,9-IO3

Vxl =2,6-IOj

dif=l,7 IO3

Rl= 65,15 %

Zl=4,71

Vy2 = 4,64-IO3

Vx2 = 4,56-IO3

dif=0,08 103

R2= 1,79%

Z2=5,35

Vy3 =3,2-IO3

Vx3 = 4,2-10J

dif=l,0 IO3

R3= 23,65 %

Z3=5,35

Vy4 = 0,11 IO3

Vx4 =0,06-IOj

dif=0,05 103

R4=81,58 %

Z4=5,26

Vy5 = 0,20 IO3

Vx5 =0,28-IOj

dif=0,08 103

R5=30,92 %

Z5=2,74

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), X2 - микроциркуляция

кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Xs - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

При определении расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей, занимающихся игровыми видами спорта и контрольной группы (табл. 7), установлено, что более значительным являлся признак 25=2,11 (транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина)). Именно при исключении этого признака расстояние уменьшалось от исходного (ZO = 6,13) почти в 3 раза (при, Z5=2,ll).

Таблица 7.

Результаты анализа исключения отдельных признаков параметров квазиаттракторов вектора состояния организма мальчиков занимающихся игровыми видами спорта и контрольной группы (п=10)

Объем первого аттрактора

Объем второго аттрактора

Различие между объемами аттракторов

Относительная погрешность

Z - показатель

VyO = 2,8- IO i

VxO= 10,0103

dif=7,2 IO3

RO= 71,39%

Z0=6,13

Vyl =0,84-IO3

Vxl = 2,22-IO3

dif=l,38 IO3

Rl= 62,10%

Zl=5,84

Vy2 = 2,4103

Vx2= 11,1 IO3

dif=8,7 IO3

R2= 78,52%

Z2=6,11

Vy3=2,2103

Vx3 = 10,0-IO3

dif=7,8 IO3

R3= 77,98 %

Z3=6,12

Vy4 = 0,14- IOi

Vx4 =0,26-IO3

di 1=0,12 IO3

R4=45,60%

Z4=6,08

Vy5 = 0,10-IO3

Vx5 =0,15-IO3

di0=0,05 IO3

R5=31,07%

Z5=2,ll

Примечание: 5-ти мерное фазовое пространство состояний включает следующие параметры: Xi - микроциркуляция кожи (лоб), Х2 - микроциркуляция кожи (живот), Хз - микроциркуляция кожи (спина) Х4 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (лоб), Х5 - транскутанное парциальное давление кислорода в микроциркуляторном русле (спина).

Таким образом, установлено, что более значительным параметром является транскутанное парциальное давление кислорода (спина) и (лоб). Именно при исключении этих параметров наблюдалось наибольшее уменьшение расстояний между центрами двух квазиаттракторов движения вектора состояния организма юношей и девушек.

 

Литература:

  1. Пат. 2006613212 Россия. Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном пространстве / Еськов В.M., Брагинский М.Я., Русак С.Н., Устименко А.А., Добрынин Ю.В. // Роспатент,- 2006.
  2. Александров П.Н., Еникеев Д.А. Методы исследования микроциркуляции. - Уфа: Диалог, 2004. - 302 с.
  3. Козлов В.И. Система микроциркуляции крови: современные аспекты клинического исследования // Ангиол. и сосуд, хирургия (приложение). - 2006. - № 1. - С. 3-4.
  4. Eskov V.M., Eskov V.V., Filatova О.Е. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase spaces of states // Measmement Techniques (Medical and Biological Measurements).2011.-v.53 (12)p. 1404-1410.
  5. Eskov V.M., Gavrilenko T.V., Kozlova V.V., Filatov M.A. Measmement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystems // Measurement Techniques. Vol.55.N.9.2012.P. 1096-1102.
  6. Eskov V.M., Eskov V.V., Filatova O.E., Filatov M.A. Two types of systems and three types of paradigms in systems philosophy and system science // Journal of Biomedical Science and Engineering. Vol.5.N.10.2012.P.602-607.
  7. Михалюк Е.Л., Сыволап B.B., Ткалич И.В. Критерии диагностики метаболической кардиомиопатии физического перенапряжения у спортсменов высокого класса // Журнал Российской ассоциации по спортивной медицине и реабилитации больных инвалидов. - 2008,-№ 4 (27). - С. 35.
Год: 2014