Оценка физиологических параметров человека в условиях влияния физических нагрузок методом расчета расстояний между центрами квазиаттракторов

том, что тестируемая среда (вода из колодца) характеризуется токсичностью, ее показатель варьирует от 30% до 79,4%, даже острой токсичностью (79,4%), в случае использования в качестве тест-организмов Paramecium caudatum, как наиболее чувствительного к тяжелым металлам тест-организма; выявлено вредное воздействие БКР 10-24-

Таким образом, полученные результаты в ходе исследования позволяют сделать вывод, что использование воды из колодца (единственного источника водоснабжения в поселке) местными жителями несет угрозу здоровью населения п. Комарки, так как вода данного источника нецентрализованного водоснабжения не соответствует установленным нормативам качества воды. Использование воды из этого колодца без риска вреда здоровью не возможно без водоподготовки и водоочистки с последующим контролем качества.

Литература

1. Бурдина, В.М. Анализ эффективности методик биотестирования в экологической оценке загрязненных почв и отходов различного происхождения/ В. М. Бурдина, В. А. Терехова// Материалы международной конференции «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды», Саратов, 14-16 сентября 2005 г.- C. 125-126.

2. Голубовская, Э.К. Биологические основы очистки во-ды/Э. К. Голубовская. - М.: Высшая школа, 1987.- 307 с.

3. ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».

4. ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений.

5. Макрушин, A.B. Биологический анализ качества вод / A.B. Макрушин.- Л.: 1974.- 115 с.

6. Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-90. М., 1991.

7. НВН 33-5.3.01-85 «Инструкция по отбору проб для анализа сточных вод».

8. Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 г. за № 20 Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектах рыбохозяйственного значения.

9. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР: Планктон и бентос/ под ред. Г.Г.Винберга,

О.И. Чибисова, Н.С. Гаевская и др. - Л.: Гидрометиздат, 1977.511 с.

10. Приказ Федерального агентства по рыболовству от 4 августа 2009 года за №695 «Об утверждении Методических указаний по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения».

11. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»

12. СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников»

13. Филенко, О.Ф. Особенности действия бихромата калия на генерации и модельные популяции низших ракообразных/О. Ф. Филенко, А. В. Черномордина// Сб. «Актуальные проблемы водной токсикологии», Борок, 2004 г., С. 176-195.

14. ФР.1.39.2006.02506. ПНД Ф Т 14.1:2:3.13-06 (ПНД ф т 16.1:2.3:3.10-06) «Методика определения токсичности отходов, почв, осадков сточных, поверхностных и грунтовых вод методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg (ЛЭТАП, МГУ)».

WELL WATER IN THE KOMARKINSKY BROOK (KOMARKI VILLAGE,

TULA) AS A THREAT TO THE VILLAGE PEAPLES HEALTH

N.P. BULUKHTO, V.L. DOMNINA, A.A. KOROTKOVA,

V.A. TEREKHOVA

Tula State Pedagogical University after L.N. Tolstoy Moscow State University after M.V. Lomonosov

of bio-testing with using as test objects of Paramecium caudatum and Daphnia magna detrimental effect of water samples (BKR10-24) was revealed, the toxicity index varying from 30 to 79.4% depending on the test object. The chemical analysis revealed that cadmium, iron and lead (heavy metals) concentration was exceeded. Thus using the water from this well is a real threat to the health of Komarki villagers.

Key words: bio-indication, saprobic index, polisaprobic level of organic pollution, biological testing, acute toxicity, detrimental effect, average lethal concentration, non-contaminating concentration, test organisms, toxicants.

УДК 569.9

ОЦЕНКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК МЕТОДОМ РАСЧЕТА РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ЦЕНТРАМИ КВАЗИАТТРАКТОРОВ

В.М. ЕСЬКОВ, И.В. БУРОВ, В.В. КОЗЛОВА, И.Ю. ВОЛКОВА,

Л.Н. ЯРУЛЛИНА*

Статья посвящена изучению особенностей регуляции двигательных

функций человека на Севере в условиях выполнения физических нагрузок и без таковых.

Ключевые слова: физиология, человек, физические нагрузки, квазиаттрактор.

Изучение функционального состояния организма спортсменов разного пола и уровня физической подготовленности, проживающих в Югре, представляет особый интерес, если использовать методы системного анализа и синтеза. Последние позволяют не только получать важную информацию о текущей динамике исследуемых функций, но и прогнозировать их возможные изменения [3].

Цель исследования - выявлении закономерностей поведения вектора состояния организма пловцов (в т.ч. спортсменов и нетренированных) в фазовом пространстве состояний на основании изучения реакций сердечно-сосудистой системы (ССС) в условиях действия динамической нагрузки плаванием.

Известно, что в аспекте формирования функциональных резервов организма весьма эффективна спортивная деятельность при плавании [1,3], которое способствует закаливанию и физическому развитию молодежи. Регулярные физические нагрузки, выполняемые в оптимальных режимах, стимулируют адаптационный потенциал и повышают стрессоустойчивость организма [2,3]. Это весьма актуально для молодых людей, в частности, для студентов, длительно проживающих в условиях Обского Севера РФ и постоянно подвергающихся воздействию множества стресс-агентов, включая психоэмоциональные перегрузки, гипокинезию, экологические и другие неблагоприятные средовые факторы, которые зачастую достигают предельных значений [5,6]. Занятия плаванием в условиях Югры особенно эффективны в сравнении с другими видами физической нагрузки (учитывая продолжительность зимнего периода).

Материалы и методы исследования. В исследовании участвовало 116 испытуемых, которым с целью изучения адаптивных эффектов в работе ССС, предъявлялись стандартные физические нагрузки в виде учебных занятий по дисциплине «плавание» продолжительностью 45 минут.

В зависимости от уровня физической подготовленности были сформированы две группы обследуемых: 1 - студенты, имеющие квалификацию не ниже 1 разряда в разных видах спорта; 2 - студенты, занимающиеся плаванием, но не имеющие спортивного разряда. Для выявления гендерных особенностей реагирования организма в процессе занятий плаванием анализировались показатели, полученные при обследовании 53 девушек и 63 юношей.

Состояние параметров ССС оценивали до, сразу и через 15 минут после физической нагрузки по компонентам вектора состояния организма человека (ВСОЧ), определяемых методом пульсоксиметрии с использованием программы “ELOGRAPH”. У испытуемых регистрировали значения частоты сердечных сокращений (ЧСС), показателей СИМ и ПАР, соответственно отражающих активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (ВНС), индекса напряжения

The study is based on the data of water quality in the well located 2 metres aside of the line of the stream mentioned. In the result

* ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры», 628400, г. Сургут, пр. ЛенинаД, тел.: (3462) 76-30-90

Баевского (ИНБ) и уровень насыщения гемоглобина крови кислородом (РО2). Производился также амплитудно-частотный анализ вариабельности ритма ЧСС.

Анализ динамики вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний (ФПС) проводили по показателям, полученным в ходе пульсоксиметрии. Параметры движения ВСОЧ определялись в виде вектора х=х()=(х1,х2,...,хт)т с использованием программы «Идентификация параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния биосистем в т-мерном фазовом пространстве», предназначенной для изучения биосистем с хаотической организацией [4]. Программа в автоматическом режиме рассчитывала и представляла в фазовом пространстве квазиаттракторы в виде параллелепипедов. Анализируя их параметры, можно говорить об отклонениях ВСОЧ от исходного состояния. При этом для разных кластеров обследуемых определяли объемы квазиаттракторов (Ух), расстояние между стохастическим и хаотическим центрами квазиаттракторов движения ВСОЧ (7), показатель асимметрии центров (Ех).

Использовался также новый метод оценки влияния физических нагрузок путем измерения расстояний между центрами квазиаттракторов движения вектора состояния организма человека. Для этого вводится параметр 7]^ - расстояние между центрами двух квазиаттракторов движения ВСОЧ (к-го и /-го из всего набора р кластеров), при этом величины 7]^ образуют матрицу меж- квазиаттракторных расстояний внутри ФПС, а их величины находятся из формулы:

¥

В получаемой с помощью ЭВМ матрице к/’к,/=1,2,...,р

диагональные элементы обычно представляют расстояние между центрами квазиаттракторов движения ВСОЧ для одной и той же группы до начала воздействия и после воздействия (например, плавания), т.е. При 'kфf мы имеем расстояние между центрами

квазиаттракторов разных групп испытуемых, при этом, если группы исходно разные, то мы можем рассчитать расстояние между всеми центрами квазиаттракторов групп до воздействия и отдельно - после воздействия.

В исходном приближении вычисляется, например, для 2 кластеров:

2

1,2

2

г = 1

где нижние индексы (1) и (2) обозначают номера кластеров данных (в данном случае 1-й и 2-й обследуемых групп).

Программа дополнительно определяла, уменьшилось или увеличилось расстояние между центрами >ых и .]-ых квазиаттракторов ВСОЧ двух измеренных квазиаттракторов (из всего набора р) при изменении размерности фазового пространства (при изъятии Хг признака из общего расчета). При сильном изменении 2^ делается заключение о существенной (если параметры существенно меняются) или несущественной (параметры почти неизменны) значимости конкретного Хг компонента ВСОЧ для всего

вектора X = (х1, Х2,..., Хт )Т .

Используя данный алгоритм, производилась минимизация размерности всех к кластеров БДС при сравнительном анализе поведения их векторов состояния, размеров квазиаттракторов и координат их центров, что обеспечивает системный синтез.

По параметрам показателей вегетативной нервной системы испытуемых в наших исследованиях имелось пять координат ВСОЧ. Также используются некоторые другие кластерные подходы теории хаоса и синергетики (ТХС), которые основаны на анализе параметров квазиаттракторов ВСОЧ. К изучаемым кластерам могут относиться одни и те же БДС, но находящиеся в разных физических состояниях (КРС изучалась до и после предъявляемой нагрузки). Однако возможно сравнение и многих кластеров - трех, четырех и более. В НИИ БМК разработаны программные продукты, которые обеспечивают сравнение двухкластерных и многокластерных систем. Эти сравнения производятся как по изменению объектов квазиаттракторов, так и по изменению расстояний между центрами квазиаттракторов в ФПС.

Результаты и их обсуждение. Анализ полученных мате-

риалов позволил установить ряд особенностей поведения параметров квазиаттракторов движения ВСОЧ в ФПС в рамках математической модели в ш-мерном ФПС у студентов элективного курса плавания и у студентов-спортсменов установлены существенные различия. Сравнение результатов идентификации расстояний 27 между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма юношей и девушек спортсменов, занимающихся разными видами спорта, и нетренированных юношей и девушек, не регулярно занимающихся спортом до, после и через 15 минут после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5-мерном фазовом пространстве представлено в таблицах 1-5.

Результаты в табл. 1 показывают количественно фиксируемое расстояние 2!у между центрами хаотических квазиаттракторов у юношей-спортсменов до предъявления нагрузки и сразу после полученной нагрузки. Оно составляет 300,21, что свидетельствует о существенном влиянии обычной нагрузки плаванием на параметры ФСО спортсменов, но не пловцов.

Таблица 1

Результаты идентификации расстояний гу между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма юношей спортсменов (занимающихся разными видами спорта) до, после и через 15 мин. после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5мерном фазовом пространстве

до после через 15 мин.

ДО 0 300,21 60,67

после 241,52

Расстояние между центрами хаотических квазиаттракторов до предъявления нагрузки и через 15 мин. после полученной нагрузки - 60,67, что количественно свидетельствовует об их достаточно быстрой восстанавливаемости.

В соответствии с табл. 2 расстояние 2у между центрами хаотических квазиаттракторов у нетренированных юношей до предъявления нагрузки и после полученной нагрузки и составляет 548,12, а расстояние 2у между центрами хаотических квазиаттракторов до предъявления нагрузки и через 15 мин. после неё

- 196,29.

Таблица 2

Результаты идентификации расстояний гу между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма нетренированных юношей (не регулярно занимающихся спортом) до, после и через 15 мин. после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5- мерном фазовом пространстве

до после через 15 мин.

ДО 0 548,12 196,29

после 352,5

Это демонстрирует более выраженное влияние нагрузки плаванием на параметры ФСО нетренированных юношей, особенно по сравнению с аналогичными результатами у спортсменов, а также свидетельствует об их более медленной восстанавливаемости. Этот факт подтверждается не только величинами 2 через 15 минут после нагрузки, которые равны 60,67 и 196,29 у юношей-спортсменов и нетренированных соответственно, но и сравнением расстояний между центрами хаотических квазиаттракторов сразу после предъявления нагрузки и через 15 минут -241,52 и 352,5 у юношей-спортсменов и нетренированных соответственно. Эти величины показывают, что адаптационные возможности в группе нетренированных юношей напряженнее, чем у юношей-спортсменов, хотя и не пловцов.

В табл. 3 представлена матрица с показателями юношей спортсменов и нетренированных. Из таблицы видно, что рассматриваемые 2 группы студентов до нагрузки имеют несущественные различия в показателях ФСО. Нагрузка существенно влияет на ФСО как спортсменов, так и нетренированных.

Расчет расстояний 2!у между центрами хаотических квазиаттракторов показал, что наибольший параметр 2у отмечается при сравнении юношей спортсменов до предъявления нагрузки и нетренированных юношей после полученной нагрузки и составляет 552,77. Большое расстояние 2у - 494,59 между центрами квазиаттракторов наблюдается также при сравнении групп нетренированных юношей после полученной нагрузки и юношей-

с

2

спортсменов через 15 минут после нагрузки. Эти результаты также подтверждают, что реакция организма нетренированных юношей на нагрузку более выраженная и для возвращения в состояние «до нагрузочного» требуется больше времени, чем юношам спортсменам. Величины гц равные 253,16 (спортсмены и нетренированные после нагрузки) и 142,19 (спортсмены и нетренированные через 15 мин.) могут свидетельствовать о том, что большая разница в реагировании на нагрузку в рассматриваемых группах студентов наблюдается на этапе воздействия нагрузки и сразу после неё, и уже в меньшей степени эта разница проявляется при восстановлении.

Таблица 3

Результаты идентификации расстояний гу между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма юношей спортсменов (занимающихся разными видами спорта) и нетренированных юношей (не регулярно занимающихся спортом) до, после и через 15 мин. после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5мерном фазовом пространстве

Юноши спортсмены

Нетренированные юноши до после через 15 мин.

до 6,47 295,39 55,08

после 552,77 253,16 494,59

через 15 мин. 201,24 99,36 142,19

Табл. 4 содержит 3 квазиаттрактора из 3-х измерений деву-шек-спортсменок. Расстояние между центрами хаотических квазиаттракторов до предъявления нагрузки и после неё составляет 247,56, а расстояние 2у между центрами хаотических квазиаттракторов до предъявления нагрузки и через 15 минут после неё - 65,47, что свидетельствует об их относительно быстрой восстанавливаемости.

Таблица 4

Результаты идентификации расстояний гу между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма девушек-спортсменок (занимающихся разными видами спорта) до, после и через 15 мин. после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5- мерном фазовом пространстве

формируется состояние адекватной мобилизации, создаваемое за счет оптимального напряжения уже имеющихся (сформированных в процессе предыдущих тренировок) адаптационных механизмов регуляции.

Полученные данные свидетельствуют о том, что, в целом, эффективность адаптации организма студентов к нагрузке плаванием определяется зрелостью регуляторных систем, в связи с чем один и тот же конечный приспособительный результат у девушек и юношей с разным уровнем физической подготовки может быть достигнут за счет различной степени напряжения адаптационных механизмов.

Литература

1. Баевский, P.M. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической физиологии / P.M. Баевский. // Физиология человека. - 2002. - Т.28, № 2. - С. 70-82.

2. Ведясова, О.А. Физиологическая оценка адаптации студентов с разными типами полушарного доминирования к мышечной нагрузке / О.А. Ведясова, Е.В. Заживихина. // Материалы XIII международного Совещания по эволюционной физиологии.

- СПБ: ИЭФБ, 2006. - С. 102.

3. Есъков, В.М. Новые подходы в теоретической биологии и медицине на базе теории хаоса и синергетики / В.М. Еськов // Системный анализ и управление в биомедицинских системах-2006.- Т.5.- № 3.- С. 617-622.

THE ASSESSMENT OF HUMAN PHYSIOLOGICAL INDICES UNDER

PHYSICAL ACTIVITIES WITH APPLYING THE METHOD OF QUASIATTRACTORS' CENTRE TO CENTRE DISTANCE CALCULATION

V.M. YESKOV, M.YA. BRAGINSKY, V.V. KOZLOVA, I.YU. VOLKOVA, L.N. YARULLINA

Surgut State University

The article highlights studying the features of human being's movement functions in the North under or without physical activities.

Key words: physiology, human being, physical activities, quasiattractor.

до после через 15 мин.

ДО 0 247,56 65,47

после 183,08

Из табл. 5 видно, что расстояние 2у между центрами хаотических квазиаттракторов у нетренированных девушек до предъявления нагрузки и после нагрузки составляет 432,49, а расстояние 2у между центрами хаотических квазиаттракторов до предъявления нагрузки и через 15 мин. после неё - 112,34.

Таблица 5

Результаты идентификации расстояний гу между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния организма нетренированных девушек (не регулярно занимающихся спортом) до, после и через 15 мин. после предъявления динамической нагрузки плаванием в 5мерном фазовом пространстве

до после через 15 мин.

ДО 0 432,49 112,34

после 321,09

Это может свидетельствовать о том, что нагрузка плаванием вызывает выраженное напряжение КРС, а значит и организма в целом, особенно при сравнении с девушками-спортсменками.

Заключение. В ходе исследования установлено, что характер реакций ССС и параметры поведения ВСОЧ в ФПС на фоне динамической нагрузки плаванием определяются в большей степени уровнем физической тренированности студентов, степенью согласованности механизмов на уровне вегетативной нервной системы, что проявляется в показателях КРС. Оценивая параметры квазиаттракторов у студентов, не занимающихся спортом, можно заключить, что у них динамическая нагрузка вызывает состояние рассогласования, при котором для обеспечения нормального функционирования организма требуется чрезмерное напряжение и последующая перестройка регулирующей системы. Результатом этой перестройки, видимо, и является хаотическая динамика ВСОЧ. В отличие от этого, у студентов-спортсменов при нагрузке плаванием

УДК 612

ОСНОВЫ БИОИНФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА ДИНАМИКИ МИКРОХАОТИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ БИОСИСТЕМ

В.М. ЕСЬКОВ*, И.В. БУРОВ*, O.E. ФИЛАТОВА*, A.A. ХАДАРЦЕВ**

Представлены новые первичные данные по оценке соотношений между детерминистско-стохастическим и синергетическим подходами в системах регуляции физиологических функций человека. Обсуждается соотношение между произвольностью и непроизвольностью в регуляции функций организма человека. Дается объяснение наблюдаемым процессам с позиций принципиально нового подхода в естествознании: теории хаоса - синергетики при описании биологических динамических систем. Предложен новый формальный аппарат для оценки динамики поведения хаотических биологических динамических систем, который обозначен как теория хаоса и синергетика.

Ключевые слова: физиология, синергетика, функции организма человека, теория хаоса.

Практически, уже третье столетие (с конца 19 века) биологи и медики обсуждают проблему произвольности или непроизвольности тремора (постурального, паркинсонического и др. видов). Основным критерием оценки произвольности в организации процесса удержания позы при этом является возможность произвольной регуляции параметров тремора, к числу которых авторы относят амплитудно-частотную характеристику (это традиционные параметры) движений, а также ряд новых характеристик, которые вводят авторы для более детального и полного описания явления тремора. К числу этих характеристик относятся: информационная мера - расхождение Кулбака-Лейблера (Kulbach-Leibler divergence), расчет энтропии Шеннона, расчет параметров квазиаттракторов движения вектора состояния системы (ВСС) [6]. В последнем случае речь идет о векторе состояния биомеханической системы - иерархической системы обеспечения удержания позы человека (в частности, удержания руки в

* ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-

Мансийского автономного округа Югры», 628400, г. Сургут, пр. Ленина,1. Тульский государственный университет, 300600, г. Тула, пр-т Ленина, д. 92