ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

(Зав кафедрой - д.м.н. профессор М.Б. Баскаков)

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Особенности реакции нервной системы на соматосенсорные раздражители у спортсменов единоборцев и тяжелоатлетов разной квалификации

Выполнена: кафедра биофизики и функциональной диагностики СибГМУ, факультет физической культуры ТГУ

Коленко Евгений Сергеевич

Томск 2010

Список сокращений

ВП - вызваные потенциалы

ССВП - соматосенсорные вызванные потенциалы

ССП - связанные с событиями потенциалы

ССКП - связанные с событиями когнитивные потенциалы

КВП - кожный вызванный потенциал

КССП - когнитивный связанный с событием потенциал

НС - нервная система

ПД - потенциал действия

ЭМГ - электромиография

ЭНМГ - электронейромиография

ЭССП - эндогенные соматосенсорные потенциалы

ЭЭГ - электроэнцефалография

Введение

Физиологические исследования в спорте занимают важное место. Разработано множество методик позволяющих исследовать возможности спортсменов, их силовые, скоростные качества, а также характер работы систем организма спортсменов, их реакцию и выносливость [3,11]. Электрофизиологические методы исследования в современной неврологии, нейрофизиологии и спортивной медицине занимают одно из ведущих мест в виду того, что характеризуют функциональное состояние центральной и периферической нервной системы, их реактивность, адаптивные возможности, и дают картину электрических изменений, происходящих в мышцах и нервно-мышечных сплетениях [4,24].

Однако до 70-х годов XX века диагностическое обеспечение относительно удовлетворительно было представлено только в отношении заключительного звена функциональной системы (электромиография) и частично блока центральной регуляции и интеграции (традиционная электроэнцефалография)[38]. Что касается систем афферентации и отдельных структурных звеньев блока центральной интеграции, диагностические возможности клинической нейрофизиологии были близки к нулю. Объяснялось это тем, что электрические потенциалы, отражающие прием, передачу и переработку информации в нервной системе, при отведениях от интактных покровов тела имеют чрезвычайно низкую амплитуду, что делало практически невозможным обнаружение их на фоне более высокоамплитудных спонтанных потенциалов нервной системы и других шумов физиологического и физического происхождения. Вследствие этого единственным, по существу, способом исследования афферентных систем и высших уровней перцепторной и интегративной переработки информации являлась регистрация словесных отчетов или эмоционально-двигательных реакций испытуемого [3,18,19].

Появление современных аппаратов, предусматривающих компьютерную обработку результатов, высокую степень точности получаемого сигнала, а также очистка от помех при помощи фильтров, обеспечивает принципиально новые возможности исследования закономерностей процессов, протекающих в нервно-мышечном аппарате на всех уровнях от головного мозга до нервных окончаний и мышц. Сфера применения ВП постоянно расширяется, возникают новые принципы трактовки нормы и патологии, поэтому перспективы данной методики далеко не исчерпаны [18,41].

Цель: Исследовать особенности реакции нервной системы на соматосенсорные раздражители у спортсменов единоборцев и тяжелоатлетов разной квалификации.

Задачи:

1. Определить характер биоэлектрического ответа нервной системы на соматосенсорные раздражители у спортсменов тяжелоатлетов разной квалификации.

2. Определить характер биоэлектрического ответа нервной системы на соматосенсорные раздражители у спортсменов - каратистов разной квалификации.

3. Установить особенности соматосенсорных реакций в зависимости от вида силовой тренировки.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Характеристика силовых способностей в спорте

Деятельность человека на производстве, в спорте требует определенного уровня развития физических качеств. Уровень развития физических качеств человека отражает сочетание врожденных психологических и морфологических возможностей, приобретенных в процессе жизни и тренировки. Чем больше развиты физические качества, тем выше работоспособность человека [3,27].

Под физическими (двигательными) качествами принято понимать отдельные качественные стороны двигательных возможностей человека и отдельных действий. Уровень их развития определяется не только физическими факторами, но и психическими факторами, в частности, степенью развития интеллектуальных и волевых качеств. Физические качества необходимо развивать своевременно и всесторонне [47]. Физические (двигательные) качества связаны с типологическими особенностями проявления свойств нервной системы (силой-слабостью; подвижностью-инертностью и т. д.), которые выступают в структуре качеств в виде природных задатков [34]. Каждое качество обуславливает несколько различных возможностей, особенностей. Например, быстродействие обеспечивается слабой нервной системой, подвижностью возбуждения и уравновешенности. Такие связи характерны только для быстроты. Наличие разных типологических особенностей у разных людей частично обуславливается тем, что у одних людей лучше развиты одни качества (или их компоненты), а у других иные. Выигрывая в проявление одних двигательных качеств, человек проигрывает в других. Физические качества можно разделить на простые и сложные [3,5].

Чем больше анатомо-физиологических и психических явлений, проявляемых в качестве, тем оно сложнее. Но сложные качества, такие, например, как ловкость, меткость, прыгучесть, не являются суммой простых. Сложное качество - это интегрированная качественная особенность двигательного действия [6,7].

Различают несколько основных проявления силовых способностей: собственно силовые способности (максимальная сила), скоростно-силовые способности, силовую выносливость и силовую ловкость. Силу человека определяют, как его способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечных усилий. Комплекс различных проявлений человека в двигательной деятельности, в основе которых лежит понятие «сила», называют силовыми способностями. От уровня развития силовых качеств зависят достижения практически во всех видах спорта, и поэтому методам контроля и совершенствования этих характеристик уделяется значительное внимание. При контроле за силовыми качествами обычно учитывают три группы показателей.

1. Основные: а) мгновенные значения силы в любой момент движения (в частности, максимальную силу); б) среднюю силу.

2. Интегральные, такие как импульс силы.

3. Дифференциальные, например, градиент силы [16,25].

Максимальная сила весьма наглядна, но в быстрых движениях сравнительно плохо характеризует их конечный результат (например, корреляция между максимальной силой отталкивания и высотой прыжка может быть близка к нулю). Согласно законам механики конечный эффект действия силы, в частности усилие, достигнутое в результате изменение скорости тела, определяется импульсом силы. Наиболее информативен импульс силы при контроле за ударными движениями (в боксе, по мячу и т.п.) [27,29].

Средняя сила -- это условный показатель, равный частному от деления импульса силы на время ее действия. Введение средней силы равносильно предположению, что на тело в течение того же времени действовала постоянная сила (равная средней).

Дифференциальные показатели получаются в результате применения математической операции дифференцирования. Они показывают, как быстро изменяются мгновенные величины силы [45].

Различают два способа регистрации силовых качеств:

1) без измерительной аппаратуры (в этом случае оценка уровня силовой подготовленности проводится по тому максимальному весу, который способен поднять или удержать спортсмен);

2) с использованием измерительных устройств -- динамометров или динамографов.

Все измерительные процедуры проводятся с обязательным соблюдением общих для контроля за физической подготовленность метрологических требований. Необходимо также строго соблюдать специфические требования к измерению силовых качеств:

1. определять и стандартизировать в повторных попытках положение тела (сустава), в котором проводится измерение;

2. учитывать длину сегментов тела при измерении моментов силы;

3. учитывать направление вектора силы [7,26].

Для оценки степени развития собственно силовых способностей различают абсолютную и относительную силу. Абсолютной называют силу, которую атлет проявляет в каком-либо движении безотносительно к весу своего тела. Относительная сила - сила, проявляемая человеком в пересчете на 1 кг собственного веса. Между этими двумя понятиями имеются определенные соотношения, которые выражаются формулой:

Абсолютная сила

Относительная сила = ----------------------------

Собственный вес

Было замечено, что с увеличением веса показатели относительной силы у людей примерно равного уровня подготовленности будут различаться, и проигрывать в этом случае будет атлет с большим весом [9,56]. В двигательных действиях, где приходится перемещать собственное тело, относительная сила имеет еще большее значение. В упражнениях, в которых внешнее сопротивление не очень большое, абсолютная сила не имеет особого значения, в то же время, если сопротивление значительно она приобретает существенную роль [37].

Собственно силовые способности спортсменов в наибольшей степени хорошо проявляются при медленных сокращениях мышц, в таких упражнениях, как становая тяга, приседания со штангой на плечах, которые выполняются с субпредельными и предельными весами, а также при мышечных напряжениях изометрического характера (без изменения длины мышцы) при фиксации снаряда в одном положении или при статических упражнения. В соответствии с этими параметрами выделяют медленную и статическую силу. Данные способности спортсменов в основном определяются физиологическим поперечником мышцы, анатомическим строением связочного аппарата и функциональными возможностями нервно-мышечных структур [20,22].

Максимальная мощность является результатом оптимального сочетания силы и скорости. Мощность проявляется во многих спортивных упражнениях: в метаниях, прыжках, спринтерском беге. Чем выше мощность развивает спортсмен, тем большую скорость он может сообщить снаряду или собственному телу, т.к. финальная скорость снаряда тела определяется силой и скоростью приложенного воздействия. Мощность может быть увеличена за счет увеличения силы или скорости сокращения мышц или обоих компонентов. Обычно наибольший прирост мощности достигается за счет увеличения мышечной силы. Силовой компонент мощности динамическая сила. Согласно второму закону Ньютона, чем больше усилие сила, приложенная к массе, тем больше скорость, с которой движется данная масса. Таким образом, сила сокращения мышц влияет на скорость движения: чем больше сила, тем быстрее движение [10]. Мышечная сила, измеряемая в условиях динамического режима работы мышц концентрического или эксцентрического сокращения, обозначается как динамическая сила. Она определяется по ускорению а, сообщаемому массе m, при концентрическом сокращении мышц, или по замедлению ускорению с обратным знаком движения массы при эксцентрическом сокращении мышц. Такое определение основано на физическом законе, согласно которому F = mха. При этом проявляемая мышечная сила зависит от величины перемещаемой массы: в некоторых пределах с увеличением массы перемещаемого тела показатели силы растут; дальнейшее увеличение массы не сопровождается приростом динамической силы [28,30,56].

Скоростно-силовые способности характеризуются непредельными напряжениями мышц, проявляемыми с необходимой, часто максимальной мощностью в упражнениях, выполняемых со значительной скоростью, но не достигающей, как правило, предельной величины. Они проявляются в двигательных действиях, в которых наряду со значительной силой мышц требуется и быстрота движений (например, отталкивание в прыжках в длину и в высоту с места и с разбега, финальное усилие при метании спортивных снарядов и т.п.). При этом, чем значительнее внешнее отягощение, преодолеваемое спортсменом (например, при подъеме штанги на грудь), тем большую роль играет силовой компонент, а при меньшем отягощении (например, при метании копья) возрастает значимость скоростного компонента [15,22]. К скоростно-силовым способностям относят быструю и взрывную силу. Быстрая сила характеризуется непредельным напряжением мышц, проявляемым в упражнениях, которые выполняются со значительной скоростью, не достигающей предельной величины [14,22].

Взрывная сила характеризует способность к быстрому проявлению мышечной силы. Она в значительной мере определяет, например, высоту прыжка вверх с прямыми ногами или прыжка в длину с места, переместительную скорость на коротких отрезках бега с максимально возможной скоростью. Взрывная сила характеризуется двумя компонентами: стартовой силой и ускоряющей силой. Стартовая сила - это характеристика способности мышц к быстрому развитию рабочего усилия в начальный момент их напряжения. Ускоряющая сила - это способность мышц к быстроте наращивания рабочего усилия в условиях их начавшегося сокращения. В качестве показателей взрывной силы используются градиенты силы, т.е. скорость ее нарастания, которая определяется как отношение максимально проявляемой силы к времени ее достижения или как время достижения какого-нибудь выбранного уровня мышечной силы абсолютный градиент либо половины максимальной силы, либо какой-нибудь другой ее части относительный градиент силы. Градиент силы выше у представителей скоростно-силовых видов спорта, чем у не спортсменов или спортсменов, тренирующихся на выносливость. Особенно значительны различия в абсолютных градиентах силы [36,51].

Показатели взрывной силы мало зависят от максимальной произвольной изометрической силы. Так, изометрические упражнения, увеличивая статическую силу, незначительно изменяют взрывную силу, определяемую по показателям градиента силы или по показателям прыгучести. Следовательно, физиологические механизмы, ответственные за взрывную силу, отличаются от механизмов, определяющую статическую силу. Среди координационных факторов важную роль в проявлении взрывной силы играет характер импульсации мотонейронов активных мышц - частота их импульсации в начале разряда и синхронизации импульсации разных мотонейронов. Чем выше начальная частота импульсации мотонейронов, тем быстрее нарастает мышечная сила [10].

В проявлении взрывной силы очень большую роль играют скоростные сократительные свойства мышц, которые в значительной мере зависят от композиции, т.е. соотношения быстрых и медленных волокон. Быстрые волокна составляют основную массу мышечных волокон у высококвалифицированных представителей скоростно-силовых видов спорта. В процессе тренировки эти волокна подвергаются более значительной гипертрофии, чем медленные [12,33].

Одним из важных механизмов повышения скоростного компонента мощности служит увеличение скоростных сократительных свойств мышц, другим - улучшение координации работы мышц. Скоростные сократительные свойства мышц в значительной мере зависят от соотношения быстрых и медленных мышечных волокон. У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта особенно у спринтеров процент быстрых мышечных волокон значительно выше, чем у не спортсменов, а тем более чем у выдающихся спортсменов, тренирующих выносливость. Внутри икр мышечная координация также способствует увеличению скорости движения мощности, так как при координированной работе мышц их усилия кооперируются, преодолевая внешнее сопротивление с большей скоростью. В частности, при хорошей мышечной координации сократительное усилие одной мышцы или группы мышц лучше соответствует пику скорости, создаваемой предыдущим усилием другой мышцы или группы мышц. Скорость и степень расслабления мышц - антагонистов может быть важным фактором, влияющим на скорость движения. Если требуется увеличить скорость движения, необходимо выполнять в тренировочных занятиях специфические движения такие же, как в соревновательном упражнении со скоростью, равной или превышающей ту, которая используется в тренировочном упражнении [5,12].

Скорость, достигаемая в целостном сложнокоординированном движении, зависит не только от скоростных качеств спортсмена, но и от других причин (например, скорость бега -- от длины шагов, а та, в свою очередь, от длины ног, силы и техники отталкивания), поэтому она лишь косвенно характеризует скоростные качества, и при детальном анализе именно элементарные формы проявления скоростных качеств оказываются наиболее показательными [33]. К специфическим видам силовых способностей относят силовую ловкость и выносливость. Под выносливостью подразумевается способность противостоять утомлению, которое наступает в результате продолжительных мышечных нагрузок значительной величины в течение определенного отрезка времени. Выделяют общую аэробную выносливость, скоростную выносливость, силовую выносливость [22].

Общая аэробная выносливость - это способность длительно выполнять работу средней мощности и противостоять утомлению. Развитие этого качества дает гарантию, что движение может выполняться длительное время с одновременным быстрым восстановлением после нагрузки. Ваша аэробная система использует кислород для превращения углеводов в источники энергии. При длительных занятиях в этот процесс включаются также жиры и, частично, белки, что делает аэробную тренировку почти идеальной для потери жира. Скоростная выносливость - это разновидность специальной выносливости, которая характеризуется способностью человека на протяжении относительно продолжительного времени выполнять движения максимальной скорости без снижения эффективности работы.

Силовая выносливость - способность противостоять утомлению при достаточно длительных нагрузках силового характера. Силовая выносливость показывает насколько мышцы могут создавать повторные усилия и в течение какого времени поддерживать такую активность. Силовая выносливость имеет важное значение при любом виде активных занятий фитнесом: от анаэробных повторных подъемов тяжестей до интенсивной аэробной активности при беге [16,22].

В зависимости от режима напряжения мышц выделяют динамическую и статическую выносливость. Динамическая силовая выносливость типична для упражнений с повторными и значительными мышечными напряжениями при относительно невысокой скорости движений, а также для упражнений циклического или ациклического характера, где нужна сила (например, отжимания на брусьях, приседания). Статическая силовая выносливость типична для деятельности, связанной с длительным удержанием предельных и околопредельных напряжений, необходимых главным образом, для сохранения определенной позы (например в стрелковом спорте, беге на коньках и т.п.) [22,33]. Также выделяют силовую ловкость, она проявляется там, где есть сменный характер режима работы мышц, меняющиеся и непредвиденные ситуации деятельности (регби, борьба, хоккей с мячом и др.).

Ловкость - это сложное качество, характеризующееся хорошей координацией и высокой точностью движений, способность быстро овладевать сложными движениям быстро и точно перестраивать двигательную деятельность в соответствии с требованиями меняющейся обстановки. Ловкость, в известной мере, качество врождённое, однако в процессе тренировки её в значительной степени можно совершенствовать.

Вместе с тем ловкость имеет самые многообразные связи с другими физическими качествами, тесно связана с двигательными навыками, содействуя их развитию, они в свою очередь, улучшают ловкость. Двигательные навыки, как известно, приобретаются в первые пять лет жизни (около 30% общего фонда движений), а к 12 годам - уже 90% движений взрослого человека. Уровень мышечной чувствительности, достигнутый в молодые годы, сохраняется дольше, чем способность к усвоению новых движений. Среди факторов, обуславливающих развитие проявление ловкости, большое значение имеют координационные способности [17,22,43].

1.2 Структурная организация нервно-мышечной системы

Функции нервной системы достаточно многообразны. Она контролирует и координирует работу органов, объединяя их тем самым в целостный, функционально единый организм. Важной функцией нервной системы является обеспечение взаимодействия между организмом и окружающей его средой [48].

К нервной системе относятся головной и спинной мозг, а также ряд анатомических образований, таких как нервы, нервные узлы (ганглии), нервные сплетения и пр. (рис. 1). Все они построены преимущественно из нервной ткани, которая характеризуется специфическими свойствами, а именно возбудимостью и проводимостью [1,2].

Рис. 1. Отделы нервной системы.

Нервные клетки являются основными структурными и функциональными единицами нервной системы. Иными словами, каждый нейрон представляет собой ту элементарную структуру, которая способна воспринимать раздражение и возбуждаться, а также передавать возбуждение в форме нервного импульса соседним нейронам или иннервируемым органам и мышцам.

Рис. 2. Строение нейрона.

Наиболее характерной чертой строения нейронов является наличие у них отростков (рис.2), с помощью которых они соединяются между собой и с иннервируемыми структурами (мышечными волокнами, кровеносными сосудами и т. п.) [1,2,35]. Отростки нервной клетки неравнозначны в функциональном отношении, так как одни из них проводят раздражение к телу нейрона -- это дендриты, и только один отросток -- нейрит (аксон) -- проводит раздражение от тела нервной клетки и передает его либо на другие нейроны, либо на эффекторные. Нервные волокна представляют собой отростки нервных клеток, окруженных оболочками, образованными олигодендроцитами. Различают безмиелиновые и миелиновые волокна. В безмиелиновых волокнах отростки нейронов (осевые цилиндры), прогибают плазматическую мембрану олигодендроцита, которая смыкается над ним. Между плазматическими мембранами отростка и олигодендроцита имеется узкий промежуток [41,42]. Миелиновое волокно образуется благодаря тому, что уплощенные отростки олигодендроцитов спирально накручиваются вокруг цилиндра, при этом цитоплазма выдавливается из отростков. Миелин - многократно закрученный двойной слой плазматической мембраной глиоцита, формирует внутреннюю оболочку цилиндра, наружная образована цитоплазмой и ядром глиоцита. И те и другие снаружи покрыты базальной мембраной. На границе между двумя олигодендроцитами образуется сужение нервного волокна - узел нервного волокна (перехват Ранвье), здесь миелиновая оболочка отсутствует (рис.3). Проведение нервного импульса представляет собой электрохимический процесс, в основе которого лежит деполяризация мембраны нейрона, распространяющаяся с определенной скоростью по его отросткам. Деполяризация связана с изменением электрического заряда внутри клетки и на ее поверхности, возникающим в результате направленного перемещения положительно и отрицательно заряженных ионов через плазматическую мембрану нейрона. Какова же скорость передачи импульсов? Она различна для разных нервов: в двигательных у человека - она составляет 60-120 метров в секунду, а болевое ощущение проводится со скоростью всего 1-30 м/с [44,53].

Рис. 3. Строение миелинового (А) и безмиелинового (Б) нервных волокон.

Проведение возбуждения в безмиелиновых волокнах отличается от такового в миелиновых волокнах благодаря разному строению оболочек. В безмиелиновых волокнах возбуждение постепенно охватывает соседние участки мембраны осевого цилиндра и так распространяется до конца аксона. При возбуждении нервной клетки, в частности мотонейрона, в наиболее возбудимом месте (аксональный холмик) возникает ПД, который распространяется вдоль аксона. Распространение нервного импульса по аксону происходит за счет последовательной деполяризации соседних участков мембраны с образованием ПД со скоростью около 0.5-5 м/с (Рис. 4).

В нервных безмиелиновых волокнах, где процессы метаболизма не обеспечивают быструю компенсацию расхода энергии на возбуждение, распространение этого возбуждения идет с постепенным ослаблением -- с декрементом [39,43,44].

Рис. 4. Схема движения возбуждения по немиелинизированному волокну

В миелиновых волокнах возбуждение охватывает только участки узловых перехватов, т. е. минует зоны, покрытые миелином. Такое проведение возбуждения по волокну называется сальтаторным (скачкообразным) (рис.5). В узловых перехватах количество натриевых каналов достигает 12 000 на 1 мкм, что значительно больше, чем в любом другом участке волокна. В результате узловые перехваты являются наиболее возбудимыми и обеспечивают большую скорость проведения возбуждения. Этому способствуют наличие на всем протяжении мембраны волокна равного заряда и быстрое его восстановление после прохождения возбуждения. Проведение возбуждения по нервному волокну не нарушается в течение длительного (многочасового) времени. Это свидетельствует о малой утомляемости нервного волокна. Считают, что нервное волокно являются относительно неутомляемым вследствие того, что процессы ресинтеза энергии в нем идут с достаточно большой скоростью и успевают восстановить траты энергии, происходящие при прохождении возбуждения. В момент возбуждения энергия нервного волокна тратится на работу натрий-калиевого насоса. В основе функционирования нервной системы лежит рефлекторная деятельность. Цепь последовательно связанных между собой нейронов образует рефлекторную дугу, которая и составляет материальный субстрат рефлекса [43,50].

Рис. 5. Схема движения возбуждения по миелинизированному волокну.

В функциональном отношении роль нейронов в рефлекторной дуге неодинакова. Среди них можно выделить разные нейроны, ответственные за ту или иную сторону рефлекторной деятельности (рис.6).

* Афферентные (сенсорные) нейроны воспринимают раздражение и передают его на другие нейроны.

* Эфферентные (двигательные, моторные) нейроны, или мотонейроны, передают возбуждение на эффекторы (например, на мышцы или кровеносные сосуды).

* Вставочные нейроны (интернейроны) соединяют между собой афферентные и эфферентные нейроны и тем самым замыкают рефлекторную связь [23,41].

Рис. 6. Схема соединения нейронов в двухчленной (слева) и трехчленной (справа) рефлекторной дуге.

Спинной мозг лежит в позвоночном канале и представляет собой тяж

длиной 41 - 45 см (у взрослого), цилиндрической формы несколько сплющенный спереди назад. Вверху он непосредственно переходит в головной мозг, а внизу заканчивается заострением - мозговым конусом - на уровне II поясничного позвонка. От мозгового конуса вниз отходит терминальная нить, представляющая собой атрофированную нижнюю часть спинного мозга. Передней срединной щелью и задней срединной бороздкой спинной мозг делится на две симметричные половины, каждая в свою очередь имеет по две слабовыраженные продольные борозды, из которых выходят передние и задние корешки - спинномозговые нервы. От спинного мозга, образуясь из передних и задних корешков, отходит 31 пара смешанных спинномозговых нервов: 8 пар шейных, 12 пар грудных, 5 пар поясничных, 5 пар крестцовых и 1 пара копчиковых. Спинной мозг состоит из серого и белого вещества. Серое вещество заложено внутри и со всех сторон окружено белым. Серое вещество представляет собой скопление тел нейронов и их коротких отростков, белое вещество -- скопление их длинных отростков, соединяющих нервные клетки различных сегментов спинного мозга между собой и с клетками головного мозга. В сером веществе спинного мозга различают задние, промежуточные и передние столбы, в грудном отделе спинного мозга в сером веществе выделяют еще боковые рога. В задних рогах и в промежуточном веществе группируются вставочные нейроны (интернейроны), а в передних рогах -- мотонейроны [1,2].

Локальные скопления нервных клеток в сером веществе называют ядрами. В ядрах осуществляется обработка поступающей в спинной мозг информации и передача ее на другие нервные центры. Благодаря своим отросткам они осуществляют связь выше- и нижележащих сегментов спинного мозга между собой. Аксоны этих вставочных нейронов достигают передних рогов спинного мозга, где заканчиваются на мотонейронах, иннервирующих соответствующие скелетные мышцы [40,42]. В задних рогах нейроны располагаются послойно. Здесь сосредоточено множество ядер, на которых оканчиваются афферентные нервные волокна общей соматической и висцеральной чувствительности. Среди ядер заднего рога следует отметить собственное ядро (nucl. proprius), которое располагается в центре заднего рога. Оно служит местом переключения тех чувствительных нервных волокон, которые несут информацию о болевых и температурных раздражениях с поверхности кожи, и передачи этой информации по восходящим трактам в головной мозг. В промежуточных столбах лежат: грудное ядро (ядро Кларка), промежуточное медиальное ядро и промежуточное латеральное ядро. Последнее расположено в боковом роге и прослеживается только в грудных сегментах спинного мозга. Клетки промежуточного латерального ядра связаны с рефлекторной деятельностью внутренних органов и составляют центры вегетативной нервной системы. Грудное ядро и промежуточное медиальное ядро имеют отношение к переключению афферентной соматической информации, поступающей в спинной мозг по чувствительным нервным волокнам в составе задних корешков, на проводящие пути, ведущие к головному мозгу, в частности к мозжечку. Так, собственное ядро заднего рога спинного мозга связано с передачей болевой и температурной чувствительности. Через грудное и промежуточное медиальное ядра осуществляется передача в мозжечок бессознательного мышечно-суставного чувства [1,2,44].

В местах шейного и поясничного утолщений спинного мозга, от сегментов которых осуществляется иннервация верхней и нижней конечностей, выделяют до пяти групп двигательных ядер. В двигательных ядрах лежат мотонейроны, аксоны которых в составе соответствующих нервов достигают мышечных волокон и передают им необходимые команды из центральной нервной системы. Снаружи от серого вещества, в котором сосредоточены тела нервных клеток, расположено белое вещество. Оно представлено длинными отростками нейронов -- аксонами, покрытыми миелиновой оболочкой, придающей им белый цвет. Эти нервные волокна осуществляют связи между соседними сегментами спинного мозга, а также восходящие и нисходящие связи спинного и головного мозга. Передние и задние борозды и щель, расположенные на поверхности спинного мозга, разделяют его белое вещество на симметрично лежащие части -- канатики спинного мозга. Различают задние, боковые и передние канатики. Самую внутреннюю их часть, непосредственно прилежащую к серому веществу, составляют нервные волокна собственных пучков спинного мозга, которые осуществляют связи между соседними сегментами спинного мозга. По восходящим проводящим путям информация поступает из спинного мозга к головному, а по нисходящим, напротив, из головного мозга к соответствующим двигательным ядрам спинного мозга. Отростки нервных клеток, расположенных в этих ядрах, направляются в головной мозг в составе боковых канатиков. В задних канатиках белого вещества спинного мозга различают два чувствительных восходящих проводящих пути: тонкий пучок, лежащий медиально, и клиновидный пучок, расположенный латерально. Чувствительные (восходящие) проводящие пути бокового канатика представляют собой совокупность отростков вставочных нейронов, расположенных в ядрах серого вещества спинного мозга (в задних рогах и в промежуточном веществе). Эти пути передают сенсорные импульсы, поступающие от кожи, суставов и мышц в соответствующие центры головного мозга. Спинно-таламические латеральные пути проводят импульсы болевой и температурной чувствительности в подкорковые центры общей чувствительности (таламусы), расположенные в области промежуточного мозга, и далее -- к соматосенсорной коре больших полушарий. Спинно-мозжечковые пути (передний и задний) несут в мозжечок импульсы бессознательного мышечно-суставного (проприоцептивного) чувства [1,2,43]. На мотонейронах спинного мозга происходит конвергенция всех нисходящих влияний из разных отделов головного мозга, посредством которых реализуется деятельность скелетной мускулатуры. Головной мозг расположен в полости черепа. Он включают отделы: продолговатый мозг, мост, мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг и большие полушария. В головном мозге, как и в спинном, имеется белое и серое вещество. Белое вещество образует проводящие пути. Они связывают головной мозг со спинным, а также части головного мозга между собой. Благодаря проводящим путям вся центральная нервная система функционирует как единое целое. Серое вещество в виде отдельных скоплений - ядер - располагается внутри белого вещества. Кроме того, серое вещество, покрывая полушария мозга и мозжечка, образует кору. Функции отделов головного мозга. Продолговатый мозг и мост представляют собой продолжение спинного мозга и выполняют рефлекторную и проводниковую функции. Ядра продолговатого мозга и моста регулируют пищеварение, дыхание, сердечную деятельность и другие процессы, поэтому повреждение продолговатого мозга и моста опасно для жизни. Непосредственно над продолговатым мозгом расположен мозжечок. Поверхность его образована серым веществом - корой, под которой белом веществе находятся ядра. Мозжечок регулирует двигательные акты. В среднем мозге расположены ядра, которые постоянно посылают к скелетным мышцам нервные импульсы, поддерживающие их напряжение - тонус. В среднем мозге проходят рефлекторные дуги ориентировочных рефлексов на зрительные и звуковые раздражения. Продолговатый мозг, мост и средний мозг образуют ствол мозга. От него отходят 12 пар черепно-мозговых нервов. Нервы связывают мозг с органами чувств, мышцами и железами, расположенными на голове. Одна пара нервов - блуждающий нерв - связывает мозг с внутренними органами: сердцем, легкими, желудком, кишечником и др. Через промежуточный мозг поступают импульсы к коре больших полушарий от всех рецепторов.

Большая часть сложных двигательных рефлексов, таких, как ходьба, бег, плавание, связана с промежуточным мозгом. Промежуточный мозг регулирует обмен веществ, потребление пищи и воды, поддержание постоянной температуры тела. У человека сильно развитые большие полушария мозга (правое и левое) покрывают средний и промежуточный мозг. Поверхность больших полушарий образована серым веществом - корой. В коре больших полушарий различают чувствительные и двигательные зоны.

В чувствительные зоны поступают импульсы от органов чувств, кожи, внутренних органов, мышц, сухожилий. При возбуждении нейронов чувствительных зон возникают ощущения. В коре затылочной доли находится зрительная зона. В височной зоне находится слуховая зона. В участке коры за центральной бороздой располагается зона кожно-мышечной чувствительности. Кроме того, в коре больших полушарий выделяют зоны вкусовой и обонятельной чувствительности. Кора функционирует как единое целое и является материальной основой психической деятельности человека [1,2,42].

1.3 Сущность методики вызванных потенциалов головного мозга

Исследование так называемых связанных с событиями и, в частности, вызванных потенциалов составляет часть клинической нейрофизиологии. Вызванные потенциалы мозга (ВП) являются методом регистрации биоэлектрической активности мозга в ответ на определенную стимуляцию -- слуховую, зрительную, соматосенсорную. Сущность метода состоит в выделении потенциалов, связанных с определенными событиями во времени: реакции на внешние стимулы, произвольные двигательные, психические акты. ССП в наиболее общем виде подразделяются на вызванные потенциалы (ВП), представляющие собой более или менее пассивные электрические реакции нервной системы на афферентные стимулы, и так называемые эндогенные ССП (ЭССП), обусловленные главным образом эндогенной активностью мозга, связанной с высшими уровнями обработки и использования информации мозгом для принятия решения, памяти, сравнения, с активностью связанной с направленным вниманием, эмоциями и мотивациями, содержательными аспектами и другими познавательными функциями и произвольными действиями, в частности, подготовкой, формированием и выполнением произвольных двигательных актов. Обычно к этой группе потенциалов в более узком смысле применяется термин связанные с событиями потенциалы (ССП). ССП в свою очередь подразделяют на так называемые когнитивные ССП (КССП), отражающие процессы обработки информации на уровне высшей интеграции в процессе принятия решения, осознания и других познавательных процессов, вплоть до подготовки и реализации произвольных двигательных актов. К этому в последние два десятилетия добавился метод вызванных неинвазивной магнитной стимуляцией головного и спинного мозга моторных потенциалов, позволяющий оценить функциональное состояние цепочки из коркового и спинального мотонейрона, т.е. самого завершающего звена афферентно-интегративной эфферентной системы. Кроме того, метод регистрации симпатических кожных вызванных потенциалов (КВП) довершает возможности изучения и систем вегетативного обеспечения функционирования целостного организма. Получаемые кривые отражают прохождение нервного импульса по соответствующим структурам и позволяют выявить субклиническое замедление проведения импульса, указывающее на поражение данной проводящей системы [18,19,32].

Основой ВП является то, что при любом воздействии на органы чувств нервная система дает ответ, который можно зарегистрировать. По своей мощности данной полезный сигнал крайне мал, поэтому для его выделения применяют метод синхронного усреднения. Вызванные потенциалы различаются по модальности. В настоящее время выделяют ВП на зрительный стимул (вспышка света, шахматный паттерн), слуховые стимулы, соматосенсорные ВП, эндогенные ВП [18,19].

Соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП) - это электрические ответы нервных проводников и центров на стимуляцию рецепторов соматической чувствительности или нервных стволов [21]. Афферентное возбуждение, возникающее при раздражении рецепторов или нервов, проходя по волокнам разного калибра, переключаясь и дивергируя на многочисленных синаптических системах спинного мозга, специфических и неспецифических ядрах ствола и подкорковых ганглиев, проецируется широко на конвекситальную и медиобазальную кору. Соответственно в конфигурации ВП отражается вклад каждого из этих уровней, что обеспечивает возможность не только тестировать состояние сенсорных систем, но и судить о целостности и функциональном состоянии каждой из подсистем афферентации. Исследование ВП впервые позволило не только объективно оценивать сенсорные функции в точно замериваемых параметрах амплитуды и латентного периода, но и исследовать аспекты афферентации, не связанные непосредственно с ощущением и, следовательно, недоступные психосенсорному анализу.

Современными нейрофизиологическими исследованиями установлено, что ССВП отражают проведение афферентной волны возбуждения по путям общей чувствительности, проходящим преимущественно в задних столбах спинного мозга, затем через стволовые отделы мозга и далее в кору. В норме ССВП можно зарегистрировать на всем протяжении соматосенсорного пути -- от места раздражения до корковых отделов. Для анализа ССВП выделяют основные компоненты ответа, которые обозначаются соответственно полярности и средней норме латентности. Проводится расчет основных временных интервалов, амплитуды основных пиков[19,49,32].

Топически выделяют ССВП, полученные с верхних и нижних конечностей. Методики различаются местом стимуляции, способом наложения электродов, особенностями возникающих ответов.

Таким образом, исследование ВП и ССП в существенной степени восполняет потребности клинической неврологии и нейрофизиологии в изучении нервной системы как единой функциональной системы, обеспечивая с помощью ВП исследование как самого начального этапа приема информации рецепторами, проведения афферентных импульсов по периферическим нервам и специфическим сенсорным путям центральной нервной системы до коры, так и дальнейшие этапы [19,32].

Глава 2. Материалы и методы

2.1 Объект исследования

В ходе эксперимента было обследовано 60 студентов Томского Государственного Университета, занимающихся на кафедре физического воспитания и спорта. Возраст юношей составил 18-23 лет. Все обследуемые спортсмены входят в основную медицинскую группу.

По спортивной специализации и уровню квалификации были сформированы 4 группы. Первую группу составили студенты (15 человек), занимающиеся тяжелой атлетикой и имеющие спортивную квалификацию мастера спорта и кандидаты в мастера спорта. Во вторую группу вошли студенты (15 человек), занимающиеся тяжелой атлетикой и не имеющие спортивных разрядов. В третью группу вошли студенты (15 человек), занимающиеся каратэ и имеющие спортивную квалификацию мастера спорта и кандидаты в мастера спорта. В четвертую группу вошли студенты (15 человек), занимающиеся каратэ и не имеющие спортивных разрядов.

2.2 Методы исследования

Исследование выполнялось на приборе электронейромиографе Нейрософт Нейро-МВП-2 - многофункциональный нейромиографический комплекс, обладающий высокими техническими характеристиками. Предназначен для проведения электронейромиографических исследований, регистрации и анализа зрительных (на вспышку и обращаемый паттерн), слуховых, соматосенсорных и когнитивных (Р_ЗОО) вызванных потенциалов мозга и электроретинограммы. Программное обеспечение позволяет записывать и обрабатывать биоэлектрические ответы на соматосенсорные раздражители, сопровождать их текстом и выводить на печать, хранить сигналы и данные о пациентах в электронной картотеке на винчестере или другом устройстве для хранения информации. Окно визуализации сигналов - позволяет просмотреть сигналы при различных значениях скорости развертки и чувствительности [31,32].

Для исследования использовались поверхностные чашечные электроды. Аппарат работает от сети переменного тока напряжением (220±22) В, частотой (50±0,5) Гц. Потребляемая мощность блока пациента при номинальном напряжении питания не более 15 Вт. Для получения и анализа ВП головного и спинного мозга необходим качественно иной, чем при ЭНМГ, методический подход. Он заключается в нанесении строго дозированных стимулов, синхронизации времени подачи раздражения и регистрации вызванного ответа, а также в применении усреднения участков ЭЭГ с целью выделения ВП из фоновой активности и шумов [18,19].

Усреднение или так называемое когерентное наложение участков ЭЭГ способствует нарастанию амплитуды ВП в N раз (где N - число усреднений), что совершенно необходимо, поскольку средняя амплитуда ВП около 10-15 мкВ, а фоновая ЭЭГ достигает амплитуды 100-150 мкВ и более.

Стимуляция производится в дистальных отделах руки, в области запястья, в проекции срединного или локтевого нерва. В качестве стимула используют прямоугольные электрические импульсы длительностью 200-300 мкс, частота стимуляции 3-5 Гц. Электрод располагается так, чтобы катод был проксимальнее. Сила стимула подбирается индивидуально, чтобы отмечалось небольшое сокращение мышц кисти. Заземляющий электрод накладывают на стимулируемую конечность проксимальнее места стимуляции. Для уменьшения артефакта стимула лучше всего помещать электрод на верхнюю треть предплечья. При выраженном смещении изолинии допустимо наложение электрода на противоположную конечность [18,19,32]. В зависимости от целей исследования используют разные схемы наложения электродов. Классической является регистрация ВП с точки Эрба, которая находится по внутренней дуге ключицы в месте прикрепления грудино-ключично-сосцевидной мышцы. Вторая точка регистрации - с шейного отдела спинного мозга, третья -- со скальпа. Во время обследования пациент сидит в удобной позе. Желательно добиться максимального расслабления мышц.

В точке Эрба можно использовать две схемы наложения электродов. Первый, когда активный электрод (положительный) накладывается в области надключичной ямки стороны стимуляции (можно использовать верхний край середины ключицы), референтный - Fpz. На наш взгляд, недостаток данной схемы - большая наводка от электрического поля сердца. Достоинством такого наложения электродов является возможность выделения потенциалов дальнего поля от подкорковых структур. Второй способ наложения электрода позволяет более четко выделять потенциал с плечевого сплетения. Электроды накладываются в область обеих надключичных ямок (Erb'i - Erb'c). Активный электрод -- на стороне стимуляции (Erb'i). Мы использовали второй вариант наложения электродов.

В шейном отделе активный электрод помещается на остистый отросток VII Шейного позвонка, референтный - Fpz (Cerv 7 - Fpz).

На скальпе активные электроды лучше накладывать в точки СЗ, С4 согласно системе (10-20%). Можно использовать точки СрЗ, Ср4 (расположены между центральным и теменным электродом) (Рис. 7). Референтный электрод располагают на точке Fpz или в контралатеральной точке Эрба (Erb'c) в зависимости от цели исследования. Для лучшего выведения компонентов скальпа можно использовать в качестве референта скальповое отведение ипсилатерально. Для исследования ССВП оптимально использование 4-канальной записи, что позволяет получать потенциалы со всех точек отведения при одной серии стимулов. Мы применяли 2-канальную запись, в связи с особенностями прибора. При 2-канальной записи регистрация проводится последовательно: сначала с точки Эрба и шейного отдела, затем со скальпа. Важно представление кривых на одном экране друг под другом, что облегчает дифференцировку компонентов ближнего и дальнего поля.

Рис. 7. Расположение электродов по системе 10-20%, рекомендованной. Интернациональной Федерацией по клинической нейрофизиологии (IFCN standartfor digital recording of clinical EEG, 1998) [32].

Соответственно этому мы применяли последовательно следующие отведения:

канал Erb'i- Erb'c

канал Cerv 7 - Fpz

,а затем

1канал Ср4 - Erb'c

2канал СрЗ - Fpz

Как видно, при проведении исследования переставлять электроды не требуется. Основой является изменение коммутации электродов на панели прибора. Отмечается параллельное использование референтов разных каналов. Применение данных схем значительно облегчает проведение исследования. Перед наложением электродов кожу тщательно обрабатывают спиртом. Для уменьшения переходного сопротивления дополнительно используют абразивную пасту. Качество наложения электродов проверяют методом измерения импеданса. Оптимальным является импеданс до 2 кОм, разница между активным и референтным электродом не более 0.5 кОм. Особенно важно соблюдение качества наложения электродов при исследовании спинального ответа. Для регистрации коркового ответа параметры импеданса менее жесткие (активный электрод - 2-5 кОм) [18,19,32]. Регистрация ССВП производится при следующих параметрах усилителя: входной диапазон сигнала 10 мкВ, полоса частот от 10 до

3000 Гц (можно до 20 000 Гц). Эпоха анализа рекомендуется 50-70 мс, что позволит регистрировать все основные пики ВП. Число усреднений, не обходимое для выделения потенциалов, составляет от 500 до 1 000 (в сред нем 700). Исследование ССВП - достаточно трудоемкая методика как для врача, так и для пациента. Сложность определяется большим количеством артефактов и малой амплитудой выделяемых сигналов. Из артефактов основным является артефакт мышечного напряжения, возникающий в результате напряжения мышц. Мышечный артефакт вызывает небольшие проблемы при выделении ВП с точки Эрба и с шейного отдела. Для снижения артефакта рекомендуют использовать диазепам в таблетках (5 мг- для детей, 10-20 мг для взрослых), который позволяет успокоить пациента. При необходимости для выделения низковольтных потенциалов можно увеличивать число усреднении [32].

Типовой порядок проведения ЭМГ - исследования

1. Создание в картотеке новой карточки пациента при первичном исследовании или выбор уже существующей при повторном обследовании. Карточка пациента содержит паспортные и медицинские (диагноз) данные (рис.8).

Рис. 8. Панель «Карточка пациента»

2. Из справочника конфигураций съёма необходимо выбрать вариант условия проведения исследования, который определяет количество и расположение используемых электродов. Выбираем соответствующую пробу. Затем выбираем соответствующие отведения эксперимента.

Рис 9. Выбор отведений для эксперимента.

Выбрав конфигурацию съёма, переходим к установке электродов.

3. Установка электродов. Устанавливаем электроды в соответствии с требованиями описанными выше, в соответствующие точки тела. Места наложения электродов предварительно обрабатываются спиртом, а на поверхность электродов, которая находится в контакте с кожей, наносится электродный гель с целью снижения межэлектродного сопротивления. После наложения электродов необходимо проверить сопротивление под электродами, которое определяется как противодействие потоку переменного тока через границу между электродом и кожей.

4. Методика регистрации ЭМГ

После наложения электродов спортсменов просили максимально расслабить руку во избежание дополнительных помех вызванных работой мышц кисти и предплечья. После чего в область запястья в проекции n. Medianus подавались прямоугольные импульсы длительностью 200 мкс с частотой 3Гц и силой тока 6 мА.

5. После регистрации биоэлектрической активности нервной системы запускается программа описания и обсчета исследования. Описание исследования содержит информацию об амплитуде и латентности полученных биоэлектрических ответов.

6. Сохранение исследования.

После завершения записи, полученные данные необходимо сохранить в ранее созданное в картотеке исследование. Для этого исследование закрывается, и оно сохраняется автоматически.

При регистрации ССВП с разных точек выделяют основные компоненты вызванных потенциалов. Каждый из основных компонентов (за исключением N30, Р45) является потенциалом ближнего поля, т.к. регистрируется в непосредственной близости от той структуры нервной системы, которая его генерирует. В клинической практике широкое применение нашли следующие компоненты (Рис. 10):

При регистрации с точки Эрба выделяют пики Р8, N9 (лучше всего проявляются при отведении Erb'i - Erb'c). Данные компоненты являются потенциалом действия нервных волокон плечевого сплетения.

При записи с шейного отдела (Cerv 7 - Fpz) регистрируют компоненты N11, N13, отражающие постсинаптическую активацию задних рогов спинного мозга. При этом N11 является ответом задних рогов спинного мозга уровня регистрации. N13 является ответом от бугорков задних столбов спинного мозга, ростральная часть шейного отдела спинного мозга. Запись с отведения Cp4'i - Erb'c дает два потенциала -- Р14 и N18, которые часто трудно выделить из-за большой наводки от мышц контралатеральной надключичной области. Считается, что компонент Р14 является ответом медиальной петли (lemniscus medialis). Обычно он находится на 1 мс позднее, чем N13. Компонент N18 представляет собой ответ таламических структур. При регистрации со скальпа можно выделить несколько компонентов: Р18, N20, Р23, N30, Р45.