Вікові особливості розвитку фізіологічного механізму стабілізації пози стояння людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський національний університет імені Івана Франка

УДК 612.766+616-053.2

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Вікові особливості розвитку фізіологічного механізму стабілізації пози стояння людини

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Новак Станіслав Здзіславович

Львів-2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійському національному університеті імені В.І.Вернадського Міністерства освіти і науки України і Радомському політехнічному університеті імені К.Пуласького

Науковий керівник: доктор медичних наук, професор Муравов Ігор Вікторович, Таврійський національний університет імені В. І. Вернадського, професор кафедри медично-біологічних основ фізичної культури

Офіційні опоненти: рівновага фізіологічний руховий

доктор біологічних наук, професор, заслужений працівник фізичної культури і спорту України Магльований Анатолій Васильович, Львівський державний медичний університет ім. Данила Галицького Міністерства охорони здоров'я України, завідувач кафедри фізичного виховання і здоров'я з курсом лікувальної фізкультури та спортивної медицини

доктор біологічних наук, професор Завацький Віктор Іванович, Міжнародний університет "Рівненський економіко-гуманітарний інститут" ім. акад. Степана Дем'янчука, завідувач кафедри медико-біологічних та педагогічних основ фізичного виховання

Провідна установа: Інститут геронтології Академії медичних наук України, м. Київ

Захист відбудеться 12.04.2002 р. о 15-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.051.14 у Львівському національному університеті імені Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4, біологічний факультет Львівського національного університету імені Івана Франка, аудиторія № 333.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 17.

Автореферат розісланий 06.03.2002 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, доцент Д. І. Санагурський

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Не зважаючи на те, що вивчення пози стояння (ПС) нараховує більше як сто років (W. Weber, E. Weber, 1838; W. Braune, O. Fischer, 1889), проте у цьому вивченні дослідження феноменології ПС значно переважують з'ясування фізіологічного механізму цього явища. Якщо врахувати труднощі утримання сталої рівноваги тіла на невеликій площі опору, обмеженою поверхнею стоп, то стає зрозумілим, що вирішення завдання стабілізації ПС потребує значного напруження фізіологічних механізмів, які забезпечують цю позу.

Слід зауважити, що опорно-руховий апарат являє собою динамічну систему з дуже великою кількістю механічних ступеней свободи (Н. А. Бернштейн, 1947), складною геометрією мас (А.Н.Лапутин, 1997; А. І. Альошина, 2000), і пошук оптимальної ПС не може здійснюватися тривіальним способом за рахунок звичайного перебору будь-яких положень тіла із астрономічної кількості можливих варіантів. Ці міркування підкреслюють важливість вивчення фізіологічних механізмів, які забезпечують стабілізацію ортоградного положення тіла.

Вже давно була відзначена значна недостатність відомостей у цьому відношенні і необхідність серйозного вивчення механізмів стабілізації ПС (В.С.Гурфинкель и др., 1965). За минулі десятиліття, однак, ситуація у цьому відношенні істотно не змінилась, і найважливіші питання фізіологічного механізму регуляції ПС ще потребують вивчення.

Одним із найбільш важливих фактів серед чисельних спостережень ПС людини є з'ясування безперервних коливань центру маси тіла, на що спочатку звернули увагу клініцисти, а потім біомеханіки і фізіологи (В. С. Гурфинкель и др., 1965; К. Бретз, 1997). Важливим є також той факт, що ефективність багатьох видів рухової активності значною мірою визначається здатністю тривалий час утримувати рівновагу в ПС (В. Н. Болобан, 1978, 1990; В. С. Гурфинкель и др., 1981; А. Н. Лапутин, 1997).

Дві обставини є істотними у визначенні гіпотези та цілі цієї роботи. Однією з них є розуміння того, що ПС є результатом тривалої морфофункціональної еволюції людини. В процесі еволюції здійснювались значні зміни в будові тіла, взаємозалежності його сегментів, розподілі мас, розвитку м'язів тощо. Всі ці фактори у взаємодії з силою тяжіння впливають на регуляцію ПС в онтогенезі (А. Н. Лапутин, В. А. Кашуба, 1999).

Немає сумніву, що з'ясування вікових особливостей стабілізації ПС може істотно сприяти розумінню фізіологічного механізму регуляції вертикального положення тіла. Другою обставиною, що визначила напрямок нашої праці, є розвиток знань щодо здоров'я і довголіття людини, а також факторів, які його визначають (K.-L. Andersen et al., 1978; И. И. Брехман, 1987; А. Л. Решетюк, 1987; Г. Л. Апанасенко, Р. Г. Науменко, 1988; S. N. Blaire et al., 1989; В. П. Войтенко, 1991; Э. Г. Булич и др., 1993; E. Bulicz, I. Murawow, 1997).

Є фактичні підстави для припущення, що фізіологічні механізми, які визначають здоров'я, значною мірою пов'язані із здатністю до стабілізації ПС. На такий зв'язок вказує той факт, що ця здатність в дещо ускладнених умовах є одним з важливих компонентів, які характеризують біологічний вік людини, тобто життєздатність організму (В. П. Войтенко и др., 1984).

Варто зауважити, що основним методом для оцінки рівня здоров'я і працездатності людей старших вікових груп є ортостатична стійкість (В. В. Безруков і ін., 1993). Вищенаведені міркування вказують на доцільність вивчення ролі двох основних компонентів здоров'я - енергетики організму і інтеграції його функцій (И. В. Муравов, 1995; E. Bulicz, I. Murawow, 1997; E. Bulicz i in., 1997) - у формуванні фізіологічного механізму регуляції ПС в процесі вікового розвитку людини та деяких факторів, які визначають досконалість цього механізму.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною науково-дослідної роботи № 1733/12/В Радомського політехнічного університету ім. К.Пуласького.

Мета дослідження. З'ясувати вікові особливості розвитку фізіологічного механізму стабілізації ПС людини.

Завданням роботи були:

1. Вивчити особливості стабілізації ПС у людей в процесі їх вікового розвитку.

2. Дослідити статеві особливості стабілізації ПС у людей в процесі їх вікового розвитку.

3. Вивчити роль зорової і пропріоцептивної інформації, біодинамічних властивостей m. gastrocnemius, а також координаційних здібностей та загальної фізичної працездатності у стабілізації ПС.

4. З'ясувати роль енергетичного потенціалу організму і його функціональної інтеграції як важливих компонентів здоров'я у забезпеченні стабілізації ПС.

5. Вивчити роль факторів - співвідношення між масою тіла і ростом, дихальних рухів і активності скелетних м`язів, фізичного тренування - на стабільність ПС.

Об'єкт дослідження: поза стояння людини і віково-статеві особливості її стабілізації.

Предмет дослідження: фізіологічний механізм стабілізації пози стояння і фактори, що визначають його ефективність в процесі вікового розвитку людини.

Методи дослідження: фізіологічні і біомеханічні методи, що дозволяють оцінити стабільність пози стояння і факторів, що визначають стійкість тіла людини.

Наукова новизна роботи полягає у з'ясуванні вікових і статевих особливостей розвитку фізіологічного механізму та певних факторів, що визначають його досконалість, зокрема можливості і ефективності його спеціального тренування.

Результати досліджень вперше обґрунтовують такі положення, які виносяться на захист:

1. Істотною особливістю фізіологічного механізму стабілізації ПС є безперервний процес динамічного позиціоновання центру маси тіла (ДПЦМТ). Рухи центру маси тіла не є своєрідним побічним наслідком функціонування апарату зовнішнього дихання, систем травлення і кровообігу, а також чергування праці рухових одиниць. Хоча всі ці фактори впливають на ПС, проте її рухи являють собою активний процес безперервного "пошуку" оптимальної ПС. Якість ДПЦМТ визначається площею поля, на якому відбуваються рухи центру маси тіла, а також радіусом відхилень його від центрального положення, швидкістю цих рухів та довжиною шляху, що проходить за певний час центр маси тіла.

2. В процесі вікового розвитку значно поліпшується діяльність фізіологічного механізму ДПЦМТ. Це поліпшення значно більше виражено у дівчаток і дівчин, ніж у хлопчиків і юнаків.

3. У фізіологічному механізмі ДПЦМТ значну роль відіграють зоровий контроль, а також пропріоцептивна чутливість м'язів тулубу і пружно-в'язкі властивості м'язів нижніх кінцівок, зокрема m. gastrocnemius. Значення зорового контролю є більш вираженим у віковому інтервалі до 12-16 років, ніж у наступному періоді до етапу морфофункціональної зрілості.

4. Із здатністю організму протидіяти порушенням ПС певною мірою пов'язані основні фактори здоров'я - енергетичний потенціал організму, виражений рівнем максимального використання кисню, та стан морфофункціональної інтеграції. Порушення морфологічного компоненту інтеграційних взаємозалежностей в організмі, що виражається відхиленням масо-зростового індексу (маса, кг/зріст, м2) від значень 21-23 у жінок і 21,5-23,5 у чоловіків супроводжується істотними порушеннями функціонування ДПЦМТ. Певну роль у розвитку цих порушень відіграє рівень функціональної інтеграції, виражений рефлекторними впливами із скелетних м'язів нижніх кінцівок на серце.

5. Фізіологічний механізм ДПЦМТ у людини представлений двома відносно незалежними симетричними (ліво- і правостороннім) компонентами, які активно взаємодіють, забезпечуючи ефективну стабілізацію ПС при переміщеннях тіла у просторі.

6. Спеціалізоване фізичне тренування із використанням впливів, дестабілізуючих ПС, істотно поліпшує стан ДПЦМТ. Особливо ефективним є таке тренування при застосуванні тренуючих вправ, спрямованих на обидва, ліво- і правосторонній компоненти фізіологічного механізму ДПЦМТ.

Практична цінність роботи:

1. Виявлено, що у більшості дорослих, практично здорових людей у віці морфофункціональної зрілості, якщо вони раніше не використовували спеціальних тренуючих рівновагу тіла методів, фізіологічний механізм ДПЦМТ знаходиться у недостатньо розвинутому стані. Цей стан, який характеризується детренированістю, стає передумовою падінь з наслідками у вигляді травм, ушкоджень організму, пов'язаних із недостатністю ДПЦМТ.

2. Запропоновані спеціальні фізичні вправи і методика стимуляції механізму ДПЦМТ в умовах його тренування. Ці вправи і методика можуть бути використані у програмних (в учбовому закладі) та самостійних (у вільний час) заняттях фізичним вихованням. Зважаючи на значне відставання розвитку фізіологічного механізму ДПЦМТ у хлопчиків і юнаків у порівнянні із дівчатками та дівчатами, таке тренування для перших особливо важливе.

3. Опрацьована проста методика для оцінки стану механізму ДПЦМТ, яка може бути використана в умовах будь-якого навчального закладу або в процесі самостійних занять фізичними вправами для контролю за ефективністю тренувальних занять, спрямованих на розвиток механізмів стабілізації рівноваги тіла.

Результати виконаної дисертаційної роботи впроваджено в практику навчального процесу з фізичного виховання на педагогічному факультеті Радомського політехнічного університету ім. К. Пуласького, на кафедрі фізичного виховання і здоров'я з курсом спортивної медицини і лікувальної фізкультури Кримського державного медичного університету ім. С. І. Георгієвського, а також в школі № 4 ім. Б. Холцинського у м. Луков (Польща).

Особистий внесок здобувача полягає у постановці проблеми, визначені мети досліджень, безпосередній їх організації і проведенні досліджень, аналізі і узагальненні отриманих результатів. При підготовці спільних публікацій основний внесок належить автору, який виконав запланований об'єм роботи, а саме проаналізував експериментальний матеріал, провів математичну обробку та графічний аналіз результатів досліджень і сформулював висновки.

Апробація результатів дисертації. Матеріали досліджень доповідались і обговорювались на таких наукових конференціях: V Всеукраїнська науково-практична конференція "Актуальні проблеми валеологічної освіти в навчальних закладах України" (Кіровоград, червень 1999 р.); Міжнародна наукова конференція "Zdrowie: istota, diagnostyka i strategie zdrowotne" (Krynica Gorska, Polska, maj 1999 r.); Всепольська наукова конференція "Nauczyciel w edukacji zdrowotnej" (Krakow, Polska, maj 1999 r.); Всепольська наукова конференція "Zdrowie czіowieka w jego egzystencji" (Elbl№g, Polska, kwiecieс 2000 r.); VI ?іжнародна науково-практична конференція "Сучасні досягнення валеології та спортивної медицини" (Одеса, червень 2000 р.); Міжнародна наукова конференція "Edukacja 2000: Teoria i praktyka. Wyzwania edukacyjne w aspekcie wdraїanej reformy i integracji europejskiej" (Radom, Polska, paџdziernik 2000 r.); Міжнародна наукова конференція "Физическое воспитание и современные проблемы формирования и сохранения здоровья молодежи" (Гродно, Белорусь, апрель 2001 г.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 17 наукових працях, серед них у 4 наукових виданнях, затверджених ВАК України, та в матеріалах трьох міжнародних наукових конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, чотирьох розділів, висновків, практичних рекомендацій і списку використаних джерел. Текст дисертаційної роботи викладено на 184 сторінках машинописного тексту, містить 30 таблиць і 24 рисунки. Вказівник використаної літератури містить 379 публікацій (з них 203 - на українській та російській мовах і 176 - на польській та іноземних мовах).

Матеріали і методи досліджень

В дослідженнях були використані наступні методи: постурографія в модифікації, розробленій інж. Я. Олтоном (J. Kubiczkowa, F. Skibiniewski, J. Olton, 1983), яка характеризується чуттєвістю, що дозволяє графічно реєструвати на комп'ютері відхилення центру маси тіла на рівні 0,1 мм. За допомогою цього методу оцінювались чотири найважливіші параметри рухів центру маси тіла (поле, що характеризує площу цих рухів, їх швидкість, радіус відхилень, та загальний "шлях", пройдений центром маси тіла за певний час); електроміотонометрія, в модифікації А. М. Лапутіна (A. N. Laputin, 1997), яка дозволяє реєструвати амплітуду і частоту коливань м'язів в станах ізотонічного та ізометричного напруження, а також пружно-в'язкі властивості, демпферність та скорочувальну здатність м'язів; газоаналіз за допомогою метаболічного комплексу ММС фірми "Beckman" був використаний для визначення максимального споживання кисню як показника енергетичного потенціалу організму (А. Л. Решетюк, 1987; Г. Л. Апанасенко, Р. Г. Науменко, 1988; S. N. Blaire et al., 1989); метод кінематометрії в модифікації В.И.Миронова (1969), що дозволяє оцінювати пропріоцептивну чутливість м'язів; тест м'язово-кардіальної кореляції (тест МКК), що дозволяє оцінити гармонійність рефлексів з м'язів нижніх кінцівок на серце з урахуванням віку, фізичної працездатності і особливостей розвитку та відновлення реакцій серця на фізичні навантаження (I. Muravov et al., 1997); проба Ромберга в ускладненому варіанті (стійка без зорового контролю на одній нозі, руки випростані вперед, вільна нога зігнута і торкається п'ятою коліна іншої ноги); тест PWC170 в модифікації В. Л. Карпмана и др. (1988), а також Е.В.Булич и др. (1999), що дозволяє оцінювати загальну фізичну працездатність; тест динамічної координації (W. Starosta, 1992); найпростіші антропометричні поміри (зріст і маса тіла) з обчисленням масо-зростового індексу (кг/м2).

Крім того, була використана методика спеціального тренування ПС в ускладнених умовах (позиція Ромберга), а також загальнорозвиваючого тренування.

Для аналізу результатів досліджень були використані методи кореляційного аналізу та оцінки вірогідності розбіжностей за критерієм t-Стьюдента (П. Ф. Рокицкий, 1973; A. Goralski, 1987; G. A. Ferguson, Y. Takane, 1997).

Обстежено 873 особи: осіб жіночої статі - 362 (дівчаток 8-11 років - 60; дівчин 12-15 років - 72 і жінок 19-24 років - 230) і осіб чоловічої статі - 511 (хлопчиків 8-12 років - 83, хлопців 13-16 років - 57 і чоловіків 19-24 років - 371). Дослідження проведені в період 1998-2001 років в Сімферополі і Радомі.

Результати ДОСЛІДЖЕНЬ та їх обговорення

1. Особливості рухів центру маси тіла і механізмів, що забезпечують стабілізацію пози стояння в процесі вікового розвитку

1.1. Вікові особливості рухів центру маси тіла у осіб жіночої

та чоловічої статі. Дослідження виявили значні відмінності всіх параметрів, що характеризують рухи центру маси тіла у осіб різного віку. Як видно з даних, наведених у цій таблиці, віковий розвиток супроводжується значним зменшенням всіх параметрів, що характеризують рухи центру маси тіла. Це зменшення є, однак, суттєво відмінним у осіб різної статі.

Результати цього розділу досліджень виявили також той факт, що всі параметри рухів центру маси тіла в ПС у чоловіків - за винятком деяких параметрів у дітей наймолодшого віку - характеризуються більшими значеннями, ніж відповідні параметри у жінок. Причому, якщо у дітей ця різниця невелика (середня різниця між чоловіками і жінками, що припадає на один параметр, становить 0,8%), то у підлітків вона зростає, відповідно, до 12,6%, а у дорослих людей збільшується ще вище - до 40,1%.Оцінюючи ці факти, треба зазначити, що факт менших коливань центру маси тіла у жінок в порівнянні з чоловіками вже давно відомий (Л. В. Латманизова, 1931; В. С. Гурфинкель и др., 1965). Проте автори, що досліджували ПС 35 і більше років тому, не могли користатися з апаратури, яка з'явилася в сучасних умовах, і разом з тим, провадили свої дослідження лише на дорослих людях. З цієї причини вони дійшли до висновку, що з віком коливання центру маси тіла не змінюються (В. В. Петров, 1944) або збільшуються (Л. В. Латманизова, 1931; Ю. М. Уфлянд, 1965). Факт погіршення стабільності ПС людини при старінні був підтверджений дослідженнями останніх років (S. Clark et al., 1998; R. A. Newton, 1998).

Наші результати, що характеризують значні зміни рухів центру маси тіла в період росту і розвитку організму, істотно доповнюють ці дані.

2. Роль аферентних інформаційних систем у забезпеченні стабільності пози стояння

Для з'ясування фізіологічного механізму, який забезпечує стабільність ПС, важливо вияснення значення аферентних впливів, що відіграють певну роль в орієнтації тіла людини у гравітаційному полі Землі.

2.1. Роль зорової інформації. Дослідження з виключенням зорової інформації (із заплющенням очей) виявили значне погіршення стабільності ПС в цих умовах. Це погіршення змінюється в процесі вікового розвитку: у осіб жіночої статі середнє збільшення коливань центру маси тіла зростає з 35,6% у віці 8-11 років до 52,3% у віці 12-15 років, а потім дещо зменшується, становлячи лише 42,8% у дорослих людей; у осіб чоловічої статі спостерігається зростаюче погіршення стабільності ПС (відповідно, від 50,6 до 57,1 і, нарешті, до 66,4%).

Ці дані свідчать про те, що роль зорової інформації у стабілізації ПС, як певна можливість, що отримала назву "триматися очами" (Н. Г. Случиков, 1939), є значною. Ця роль не тільки більша у осіб чоловічої статі, але є зростаючою у них в процесі вікового розвитку. У осіб жіночої статі роль зорової інформації в механізмі стабілізації ПС відносно менша, що свідчить про пріоритетність іншого, "незорового" механізму, який забезпечує стабільність ПС.

2.2. Роль пропріоцептивної інформації. Поряд із зоровою інформацією певна роль у стабілізації ПС належить інформації із ланок рухового апарату. Особливе значення у цьому відношенні відіграють впливи від м'язів і суглобів тулубу.

З даних, наведених у цій таблиці, видно, що як у жінок, так і у чоловіків кращому рівню контролю рухів тулубу відповідає значно менше поле рухів центру маси тіла. Характерно, що в групі жінок з краще розвинутим пропріоцептивним контролем значно вища кореляція між показниками цього контролю і рухами центру маси тіла (r=0,37; p<0,05); у жінок із низьким пропріоцептивним контролем ця кореляція не досягає рівня вірогідності (p>0,05). У чоловіків кореляційні зв'язки цих показників значно нижчі, ніж у жінок, що свідчить про певну недосконалість "внутрішнього", тобто пропріоцептивного, фізіологічного механізму стабілізації ПС. Отримані у цьому підрозділі факти дозволяють зрозуміти, чому у чоловіків більшу роль у стабілізації ПС відіграє зорова інформація. Причиною цього є певна недосконалість пропріоцептивного контролю, як одного з факторів цієї стабілізації.

2.3. Роль пружно-в'язких і скорочувальних властивостей м'язів нижніх кінцівок. У осіб із більш стабільною ПС виявляються кращі показники пружно-в'язких властивостей m. gastrocnemius, ніж у осіб з низькою стабільністю стояння. Так, у спортсменів, які систематично виконують вправи на рівновагу, в порівнянні із спеціально нетренованими особами виявлені значні відмінності у властивостях цих м'язів.

Отримані у цьому розділі досліджень факти висвітлюють важливу ланку фізіологічного механізму кращої стабілізації ПС - вона забезпечується в значній мірі поліпшенням діяльності м'язів, здатних з більшою еластичністю і кращими скорочувальними властивостями забезпечувати "погашення" рухів тіла.

2.4. Роль координаційних здібностей та загальної фізичної працездатності. Дослідження із використанням тесту на динамічну координацію, в якому застосовується переміщення тіла у просторі (W. Starosta, 1992), не виявили істотної залежності між показниками цього тесту і площею рухів центру маси тіла. У дівчаток коефіцієнт кореляції r між цими показниками дорівнює - 0,28, у дівчат він зменшується до 0,02 і у дорослих жінок становить - 0,10; у осіб чоловічої статі ці значення становлять, відповідно, - 0,12, 0,09 і 0,10 (всі показники статистично невірогідні).

Так само неістотний зв'язок виявлено між показниками загальної фізичної працездатності і площею рухів центру маси тіла. З віком у осіб жіночої статі кореляції між цими показниками знижуються від r=-0,30 у дівчаток до r=0,02 у жінок у віці 19-24; у осіб чоловічої статі спостерігаються більш-менш стабільні показники (від r=-0,16 до r=-0,13, відповідно).

Результати цього розділу досліджень свідчать про те, що у руках тіла, що знаходиться у ПС, не використовуються ті координаційні та фізичні здібності, що забезпечують звичайну рухову активність, спрямовану на досягнення "зовнішніх" цілей.

Характерно, що значне - у 3,1 рази у осіб жіночої і у 1,7 рази у осіб чоловічої статі - поліпшення стабільності ПС в процесі вікового розвитку реалізується за умов не тільки неістотного, але навіть послаблюючогося з віком зв'язку між здатністю стабілізувати ПС і координаційними та фізичними здібностями.

2.5. Роль основних компонентів здоров'я. В цьому розділі роботи вивчалась роль енергетичного потенціалу та показника гармонійності моторно-кардіальних рефлексів, що, за сучасними поглядами, певною мірою характеризують основні фактори здоров'я, в стабілізації ПС. Дослідження виявили, що енергетичний компонент здоров'я, який характеризується максимальним використанням кисню, певною мірою - хоча і незначно - пов'язаний із стабілізацією ПС. Дещо більше значення - особливо у жінок - притаманне інтеграційному компоненту здоров'я, який характеризується тестом моторно-кардіальної кореляції. Кореляція між значеннями максимального використання кисню і площею рухів центру маси тіла у жінок з низьким і високим енергетичним потенціалом незначна - r дорівнює, відповідно, -0,27 і -0,24.

Так само низька кореляція між цими показниками у чоловіків (відповідно, r=-0,29 і -0,25). Проте, у осіб з дуже низьким енергетичним потенціалом - на рівні максимального використання кисню 31,2±1,3 у жінок і 36,0±1,4 мл<хв-1<кг-1 у чоловіків - кореляційні зв`язки між енергетикою і рухами центру маси тіла досить виражені (відповідно, -0,40 і -0,36; p<0,05; табл. 5). Інша ситуація спостерігається між показником тесту МКК і площею рухів центру маси тіла. У жінок із дуже високими значеннями цього тесту коефіцієнт кореляції з площею рухів знаходиться на рівні r=-0,41 (p<0,05), тоді як в групі з дуже низьким значенням тесту МКК - на рівні -0,39. У чоловіків відповідні показники становлять -0,39 і -0,36 (p>0,05).

Аналіз результатів цього розділу роботи свідчить про те, що енергетичний потенціал організму відіграє незначну роль у стабілізації центру маси тіла в ПС. Трохи більша роль належить функціональній інтеграції, яку характеризує гармонійність моторно-кардіальних рефлексів. Ця роль виразно значніша у жінок.

3. Роль деяких факторів, які спроможні змінювати стабільність стояння. В цьому розділі роботи оцінювалась роль двох таких факторів: морфологічного (співвідношення між масою тіла і ростом) і функціонального (впливу на стабільність ПС дихальних рухів і активності скелетних м'язів).

3.1. Роль співвідношення між масою тіла і ростом. Вже a priori зрозуміло, що від маси тіла, його зросту і - що важливіше - співвідношення між цими основними антропометричними показниками значною мірою мусить визначатися стабільність ПС. Наші дослідження дозволили виявити, що найбільш стабільна ПС спостерігається при найменших відхиленнях масо-ростового індексу від середніх значень. Це положення стосується як жінок, так і чоловіків.

Отримані дані істотно доповнюють відомості про вплив антропометричних показників на стабільність ПС. Раніше була показана відносна незалежність характеру стабілограми від цих показників (В. С. Гурфинкель и др., 1965). Як видно з наших даних, ця незалежність не є абсолютною: при оптимальному співвідношенні між масою і ростом реєструється краща стабілізація ПС. Оцінюючи виявлену залежність, яка, на перший погляд, є дещо дивною (здавалося б, що при більшому відношенні маси до зросту стабільність ПС могла б бути більшою), можна припустити, що ця залежність не є суто механічною, а в більші мірі функціональною. Не стільки "масивність" тіла створює опір його рухам, скільки гармонійність його будови, що є зовнішнім виразом кращої морфофункціональної інтеграції (E. Bulicz, I. Murawow, 1997, 2001).

3.2. Роль дихальних рухів та активності скелетних м'язів і природа коливань тіла при стоянні. У цьому розділі роботи вивчались впливи помірної (на рівні в 1,5-2 рази більшої, ніж в звичайних умовах) гіпервентиляції та затримки дихання, а також охолодження (до початку холодової дрожі) на рухи центру маси тіла у чоловіків 19-22 років. Результати досліджень не виявили значних змін цих рухів при збільшенні легеневої вентиляції. Радіус відхилень при цьому зростав з 3,8±0,2 до 4,4±0,3 мм (t=1,66; p>0,1), а поле рухів центру маси тіла лише з 5,0±0,3 до 6,3±0,6 мм2 (t=1,94; p>0,05).

Характерно, що при затримці дихання радіус відхилень не зменшувався, а також дещо (статистично не вірогідно) збільшувався - до 5,4±0,4 мм.

Поле рухів центру маси тіла при обох цих впливах також збільшувалось (з 362,8±21,7, відповідно, до 431,6±28,3 і 384,9±24,5 мм2). При більш вираженій (в 4-5 і більше разів від легеневої вентиляції в звичайних умовах ПС) реєструвалось, однак, значне погіршення стабільності ПС. Таке саме погіршення ми спостерігали і при затримці дихання, якщо вона вимагала вольових зусиль, щоб не припинити цю затримку. При охолодженні, що супроводжувалось ледве вираженим тремтінням м'язів, реєструвалось збільшення радіусу відхилень (з 4,0±0,2 до 4,7±0,4 мм) та площі (з 381,4±22,5 до 440,2±31,2 мм2) рухів центру маси тіла (p в обох ситуаціях >0,1).

Оцінюючи ці дані, треба зауважити, що хоча і значне посилення роботи дихального апарату, так само як і значне охолодження порушують стабільність ПС, збільшуючи рухи центру маси тіла, проте природа цих рухів не є проявом ані дихальних рухів, ані активності скелетних м'язів в звичайних умовах. Наші дані дозволяють внести певні обмеження в уявлення щодо зв'язку між цими впливами і коливаннями центру маси тіла при стоянні. Не можна погодитись із твердженням про відсутність безпосередньої залежності між цими коливаннями і дихальними рухами (В. Л. Гурфинкель и др., 1965) - така залежність існує при посилених дихальних рухах. Так само немає підстав вважати, що ці коливання пов'язані із нормальною біологічною активністю м'язів, або чергуванням рухових одиниць в м'язах (А. Н. Лапутин и др., 2000) - м'язова активність нав'язує коливання тіла лише якщо вона є значною.

Є підстави вважати, що рухи центру маси тіла є виразом діяльності фізіологічного механізму стабілізації ПС, в якому істотною особливістю є безперервний пошук оптимальної позиції. Отримані нами факти, а також літературні дані свідчать про те, зо ПС є не стабільним станом, а процесом безперервного динамічного позиціонування центру маси тіла (ДПЦМТ), зорієнтованого на певний установочний пункт - оптимальне положення всіх елементів тіла в ПС. Цей установочний пункт весь час змінюється через рухи елементів тіла (в тому числі із-за дихання, рухів голови, рук тощо) і саме тому центр маси тіла знаходиться у безперервному русі. Так само як в технічних системах, які мусять бути найточніше зорієнтовані на певний пункт, але зазнають весь час зовнішніх впливів (Z. Lukasik, 1998), ДПЦМТ є єдиною можливістю забезпечити стабільність положення тіла щодо рухомого установочного пункту. Таким чином, не саме функціонування дихального апарату, м'язів, органів травлення тощо викликають (А. Н. Лапутин и др., 2000) або не викликають (В. С. Гурфинкель и др., 1965) рухи центру маси тіла, а ці рухи є цілеспрямованою рефлекторною реакцією на функціонування організму.

3.3. Роль тренування в стимуляції механізму стабілізації пози стояння. Дослідження спеціалізованого тренування чоловіків 20-24 років ПС в ускладненому її варіанті (поза Ромберга із стоянням на лівій нозі і заплющеними очами) на протязі місяця виявили значне поліпшення пружно-в'язких властивостей m. gastocnemius, а також збільшення часу ПС. Характерно, що тривалість стояння на правій нозі при цьому збільшилась значно менше.

Отримані дані свідчать про майже повну функціональну незалежність симетричних механізмів ДПЦМТ. Така незалежність, однак, не виключає, а, навпаки, передбачає активну взаємодію кожного із унілатеральних механізмів ДПЦМТ. Це підтверджує факт значно більшої ефективності тренування, якщо воно здійснюється в умовах використання ускладнених ПС, що систематично чергуються. Десятиденне ізольоване тренування призводить до збільшення ускладненої ПС з 8,32±0,63 до 19,24±1,73 с, тобто в 2,3 рази, а комбіноване - з 7,60±0,68 до 27,51±2,33 с, тобто в 3,6 разів.

Висновки

1. Коливання тіла в ПС не є пасивним наслідком внутрішніх (робота апарату дихання, скелетних м'язів тощо) або зовнішніх впливів, що змінюють його положення у просторі. Природа цих коливань полягає у діяльності фізіологічного механізму стабілізації ПС за рахунок компенсації невеликих постійних змін центру маси тіла. Цей фізіологічний механізм функціонує в режимі динамічного позиціонування центру маси тіла (ДЦПМТ). ДПЦМТ забезпечує безперервний пошук оптимальної позиції в умовах змін установочного пункту, викликаних внутрішніми та зовнішніми причинами.

2. В процесі вікового розвитку істотно поліпшується робота фізіологічного механізму ДПЦМТ. Значне покращення ДПЦМТ спостерігається у підлітків у порівнянні з дітьми (зменшення поверхні поля рухів центру маси тіла на 26,3% у дівчат і на 13,3% - у хлопців). Ще більше виражене поліпшення механізму ДПЦМТ у дорослих осіб в порівнянні з підлітками (на 54,9 і 38,3%, відповідно). Вікові зміни механізму ДПЦМТ характеризуються нерівномірністю динаміки різних складових цього механізму.

3. Статеві особливості ДПЦМТ характеризуються поступовим зростанням переваги у дівчинок у порівнянні з хлопчиками від віку 8-12 років, коли ще немає ніякої різниці у спроможності ДПЦМТ, до віку 19-24 роки, коли ця перевага різко виражена (по радіусу рухів центру маси тіла на 20,6% і по загальній площі поля рухів - на 71,5%).

4. Зорова інформація відіграє істотну роль в механізмі ДПЦМТ. Ця роль значно зростає в інтервалі від 8-12 до 12-16 років, після чого дещо знижується у жінок, тоді як у чоловіків це зростання продовжується. Пропріоцептивне чуття м'язів тулубу також відіграє значну роль у механізмі ДПЦМТ. Істотне значення у стабілізації ПС належить пружно-в'язким властивостям і скорочувальним можливостям м'язів ніг, зокрема m. gastrocnemius.

5. Енергетичний потенціал організму, який визначається максимальним використанням кисню, певною мірою пов'язаний із досконалістю роботи механізму ДПЦМТ. Більш значна роль належить у цьому відношенні морфофункціональній інтеграції. При оптимальному співвідношенні між масою і зростом (МРІ на рівні 21-23 у жінок і 21,5-23,5 у чоловіків) спостерігається найбільш досконале функціонування механізму ДПЦМТ. Функціональна інтеграція, що певною мірою характеризується гармонійністю моторно-кардіальних рефлексів (тест МКК), також сприяє можливості ефективної стабілізації ПС. Особливо значна роль цього фактору у жінок, тоді як у чоловіків вона нижча.

6. Фізіологічний механізм ДПЦМТ представлений двома симетричними компонентами, які певною мірою незалежні один від одного. В реальному житті вони активно взаємодіють, що забезпечує їх погоджені дії щодо збереження рівноваги тіла.

7. Механізм ДПЦМТ здатний істотно поліпшити свою діяльність в результаті спеціалізованого тренування з використанням дестабілізуючих впливів. Тридцятиденне тренування із одностороннім використанням таких впливів при виключенні зорового контролю поліпшує ДПЦМТ у чоловіків у 3,2 рази. Таке саме за своєю тривалістю тренування із використанням двосторонніх впливів ще більше (в 5,2 рази) покращує функціонування ДПЦМТ.

Практичні рекомендації

Зважаючи на детренованість механізмів ДПЦМТ у більшості дорослих осіб і значну ефективність тренування цього механізму, слід рекомендувати широке використання в заняттях фізичним вихованням в учбових закладах спеціальних вправ для стимуляції цього механізму. Такі вправи, зважаючи на їх простоту і безпечність, можна рекомендувати як домашні завдання з періодичним контролем із сторони вчителя. В роботі наведені фізичні вправи і методика такого тренування, а також методика оцінки його ефективності.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Новак С. З. Взаимодействие анализаторных систем в физиологическом механизме динамического позиционирования позы стояния // Ученые записки СГУ.- 1999.- Т. 1.- № 12 (51).- С. 100-104.

2. Новак С. З. Биодинамика икроножной мышцы в условиях ортоградного равновесия тела человека // Физическое воспитание студентов творческих специальностей // Сб. научн. тр. под ред. С. С. Ермакова.- Харьков: ХХПИ, 2001.- № 3.- С. 8-15.

3. Новак С. З. Физиологический анализ взаимодействия симметричных механизмов стабилизации позы человека в условиях стояния на одной ноге // Ученые записки ТНУ им. В. И. Вернадского. Серия "Биология". - 2001.-Т.14 (53),- № 1. -С. 107-110.

4. Новак С. З. Тренування фізіологічного механізму ортостатичної рівноваги в фізичному вихованні школярів і студентів // Проблеми освіти. Науково- методичний збірник. Київ: Науково -методичний центр вищої освити. -2001.-Вип. 26. -С. 202-205.

5. Новак С. З. Физиологическая характеристика двух вариантов стабилизации позы стояния // Матеріали четвертої всеукраїнської науково-практичної конференції "Актуальні проблеми валеологічної освіти в навчальних закладах України", 24-26 червня 1998 року.- Кіровоград, 1998.- С. 19.

6. Новак С. З. Физиологический анализ управления позой стояния и задачи физического воспитания // Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції "Актуальні проблеми валеологічної освіти в навчальних закладах України", 24-26 червня 1999 року .- Кіровоград, 1999.- С. 16-18.

7. Nowak S. Rola czucia miкњniowego w utrzymaniu zdrowia i profilaktyce zachorowaс // Miкdzynarodowa Konferencja Naukowa pt. Zdrowie: istota, diagnostyka i strategie zdrowotne.- Krynica Gуrska, 10-12.V.1999.- S. 48-50.

8. Nowak S. Trening rуwnowagi - waїnym zadaniem wychowania fizycznego // ORBI: Oњwiata Radomska Biuletyn Informacyjny. Oњrodek Doskonalenia Nauczycieli w Radomiu.- 1999.- S. 25-26.

9. Булич Э. Г., Муравов И. В., Новак С. З., Тузинек С. Я., Ходинов В. Н. Нереализованные возможности физического воспитания в современных образовательных системах // "Актуальні проблеми оздоровчої фізичної культури, фізичної реабілітації та валеології у сучасних умовах" / Зб. наук. праць Кіровоградського державного педагогічного університету ім. В. Винниченка. - 1999.- С. 234-236.

10. Новак С. З. Метод исследования физиологического механизма динамичного управления центром тяжести // VI Международная научно-практическая конференция "Современные достижения валеологии и спортивной медицины", 22-24 июня 2000 года.- Одесса, 2000.- С. 51.

11. Murawow I., Nowak S. Reforma oњwiaty a wychowanie zdrowotne studentуw // Edukacja 2000. Teoria i praktyka / Materiaіy pokonferencyjne.- Radom, 2000.- S. 57-60.

12. Nowak S. Fizjologiczny mechanizm sterowania postaw№ ciaіa i jego rola w funkcjonowaniu zdrowego czіowieka // Zdrowie czіowieka w jego egzystencji.- Elbl№g, 2000.- S. 431-438.

13. Murawow I., Adamiec K., Galczyсska J., Gerasimczuk J., Nowak S., Rezner A. Aktywnoњж ruchowa a zdrowie: analiza ewolucyjno-biologiczna i antropologiczna // Antropologia a medycyna i promocja zdrowia.- Јуdџ: Wydawnictwo Uniwersytetu Јуdzkiego, 2000.- T. IV.- S. 335.-341.

14. Nowak S. Wzmacnianie mechanizmu sterowania postaw№ ciaіa - nowym zadaniem wychowania fizycznego w reformowanej szkole // Edukacja-2000: Materiaіy Konferencji Ogуlnopolskiej.- Radom, 2001.- S. 47-50.

15. Nowak S. Wspуіpraca systemуw analizatorowych w fizjologicznym mechanizmie sterowania postaw№ ciaіa // Materiaіy Konferencyjne Miкdzynarodowej Konferencji Naukowej pt. Zdrowie: istota, diagnostyka i strategie zdrowotne.- Radom, 2001.- S. 45-49.

16. Булич Э. Г., Муравов О. И., Новак С. З., Муха Д., Ходинов В. Н. Неиспользованные резервы физического воспитания молодежи // Физическое воспитание и современные проблемы формирования и сохранения здоровья молодежи: Материалы конференции, 25-27 апреля 2001 г.- Гродно, 2001.- С. 274-275.

17. Nowak S. Znaczenie treningu czucia miкњniowego w utrzymaniu zdrowia // Физическое воспитание и современные проблемы формирования и сохранения здоровья молодежи: Материалы конференции, 25-27 апреля 2001 г.- Гродно, 2001.- С. 196-197.

Анотація

Новак С. З. Вікові особливості розвитку фізіологічного механізму стабілізації пози стояння людини. - Рукопис.

Дослідження, проведені на дітях, підлітках і дорослих людях жіночої та чоловічої статі виявили істотні особливості фізіологічного механізму, що забезпечує стабілізацію пози стояння (ПС). Виявлено, що цей механізм функціонує в режимі динамічного позиційонування центру маси тіла (ДПЦМТ). Ціль ДПЦМТ - забезпечення безперервного пошуку оптимальної ПС в умовах зміни установочного пункту. Процес вікового розвитку механізму ДПЦМТ характеризується різким поліпшенням його діяльності, особливо вираженим на етапі "підлітки-дорослі". Більш ефективно здійснюється ДПЦМТ у осіб жіночої статі. Механізм ДПЦМТ представлений взаємодіючими (ліво- і правостороннім) компонентами. Спеціальне тренування ПС в ускладнених умовах істотно покращує стабільність ПС.

Аннотация

Новак С. З. Возрастные особенности развития физиологического механизма стабилизации позы стояния человека. - Рукопись.

Исследования, проведенные на детях, подростках и взрослых людях обоего пола выявили существенные особенности физиологического механизма, обеспечивающего стабилизацию позы стояния (ПС). Наиболее важной особенностью этого механизма ПС является беспрерывный процесс динамического позиционирования центра массы тела (ДПЦМТ). Движения центра массы тела не представляют собой своего рода "побочный результат" функционирования аппарата внешнего дыхания, систем пищеварения и кровообращения, а также чередования работы двигательных единиц в мышцах. Хотя все эти факторы влияют на ПС, однако ее движения представляют собой активный процесс постоянного поиска оптимальной ПС. Качество ДПЦМТ определяется площадью поля, на котором осуществляются движения центра массы тела, а также радиусом отклонений его от центрального положения, быстротой этих движений и длиной пути, который проходит за определенное время центр массы тела.

В процессе возрастного развития (от 8-12 лет до 19-24 лет) значительно улучшается деятельность физиологического механизма ДПЦМТ. Это улучшение больше выражено у лиц женского пола (по показателю площади поля движений центра массы тела в 3,1 раза), чем у лиц мужского пола (соответственно, в 1,7 раза). В физиологическом механизме ДПЦМТ значительная роль принадлежит зрительному контролю. Отключение его, т.е. исследование с закрытыми глазами ухудшает стабильность ПС. Это ухудшение изменяется в процессе возрастного развития: у лиц женского пола среднее увеличение колебаний ПС возрастает с 35,6 % в возрасте 8-11 лет до 52,3 % в возрасте 12-15 лет, а затем несколько уменьшается, составляя лишь 42,8 % у взрослых людей; у лиц мужского пола отмечается возрастающее ухудшение стабильности ПС (соответственно, с 50,6 до 57,1 и, наконец, до 66,4 %). Определенное значение в стабилизации ПС имеют также влияния с проприоцептивного анализатора (особенно влияния с мышц нижних конечностей), а также сократительные и упруго-вязкие свойства мышц нижних конечностей, в частности, икроножных мышц. Значение зрительного контроля более выражено в возрастном интервале от периода детства до 12-16 лет, чем в последующем этапе до периода морфофункциональной зрелости.

Со способностью организма противодействовать нарушениям ПС в определенной степени связаны основные факторы здоровья - энергетический потенциал организма, выражающийся уровнем максимального потребления кислорода, и состояние морфофункциональной интеграции. Нарушение морфологического компонента интегральных взаимозависимостей, выражающееся отклонением массо-ростового индекса (масса, кг/рост, м2) от значений 21-23 у женщин и 21,5-23,5 у мужчин сопровождается существенными нарушениями функционирования ДПЦМТ. Определенная роль в развитии этих нарушений играет уровень функциональной интеграции, выраженный рефлекторными влияниями со скелетных мышц нижних конечностей на сердце.

Физиологический механизм ДПЦМТ у человека представлен двумя относительно независимыми симметричными (лево- и правосторонним) компонентами, которые активно взаимодействуют, обеспечивая эффективную стабилизацию ПС при перемещениях тела в пространстве. Специализированная физическая тренировка с использованием влияний, дестабилизирующих ПС (усложненная поза Ромберга), значительно улучшает состояние ДПЦМТ. Особенно эффективной является такая тренировка при использовании воздействий, направленных на оба, лево- и правосторонний, компоненты физиологического механизма ДПЦМТ. "Односторонняя" десятидневная тренировка ДПЦМТ приводит к увеличению времени удержания усложненной ПС в 2,3 раза, а комбинированная, т.е. воздействующая на оба компонента ДПЦМТ, в 3,6 раза. Учитывая детренированность механизма ДПЦМТ у большинства взрослых и значительную эффективность тренировки этого механизма, следует рекомендовать широкое использование в занятиях физическим воспитанием в учебных заведениях специальных упражнений для развития устойчивости ПС.

Annotation

Novak S. Z. Age features of development of the physiological mechanism of stabilization of the posture of human standing.- The manuscript.

The researches, carried out on children, teens and adults both sexes showed significant peculiarities of the physiological mechanism, which provides stabilization of the posture of standing (PS). It was found out that such mechanism function in condition of dynamic positioning of the center of body mass (DPCBM). The purpose of DPCBM is to provide constant search for optimal PS in conditions when the adjusting point changes. The process of age development of the mechanism of DPCBM is characterized by sharp rise of its activity, especially expressed on the stage "teens-adult". DPCBM is carried out in more effective way in people of female gender. The mechanism of DPCBM is represented by two relatively independent, but effectively interacted (left- and rightsided) components. The complicated conditions significantly improves the stability of the PS.

Размещено на Allbest.ru