Бег на месте как метод диагностики асимметрии биомеханики опорно-двигательной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

БЕГ НА МЕСТЕ КАК МЕТОД ДИАГНОСТИКИ АСИММЕТРИИ БИОМЕХАНИКИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

А.А. Минахин

А.С. Холманский

Аннотация

С целью обоснования возможности применения бега на месте для диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорно-двигательной системы выявили и изучили закономерности изменения характеристик бега на месте от внешних условий и физического состояния здоровых людей и с патологией опорно-двигательного аппарата. Установили, что бег на месте здорового человека с закрытыми глазами на неподвижной основе может сопровождаться вращением тела, причем направление, угловая скорость и максимальный угол поворота сложным образом зависят от эндогенных и экзогенных факторов.

Выявлена корреляция знака направления вращения со знаком сектора магнитного поля, установлена противоположность направлений вращения у мужчин и женщин в одних и тех же условиях, а также влияние на величины угловой скорости и максимального угла поворота умственной (чтение наизусть) и физической нагрузки. Вращательную составляющую биомеханики бега на месте соотнесли с дисбалансом нейрофизиологии двигательных центров полушарий головного мозга и назвали ресурсом функциональной асимметрии мозга (РФАМ), предположив, что данный ресурс генерируется в процессе ночного сна под воздействием экзогенного фактора гелиофизической природы. Предложен механизм генерации РФАМ, учитывающий известные данные по физиологии сна и физике биогенного, спирально-вихревого излучения Солнца. Показано, что латеральная асимметрия биомеханики бега на месте у пациентов с патологией опорно-двигательного аппарата может превалировать над асимметрией связанной с РФАМ. Причем регулярный бег на месте наряду с курсом медикаментозной терапии способствовал выздоровлению пациентов и восстановлению латеральной асимметрии производной от РФАМ. Весь комплекс результатов исследований доказывает возможность использования бега на месте не только как эффективного лечебно-профилактического метода кинезитерапии, но и метода диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорно-двигательной системы различной этиологии.

Ключевые слова: бег на месте, вращение, асимметрия, патология, опорно-двигательный аппарат, кинезитерапия.

латеральная асимметрия биомеханика бег вращение

Введение

Бег на месте (БНМ) как метод кинезитерапии дает такой же оздоровительный эффект, что и бег трусцой. Кроме того БНМ можно использовать для диагностики латеральной асимметрии биомеханики опорно-двигательной системы (ОДС) [7]. Латеральные асимметрии ОДС различной этиологии проявляются через вращение человека при БНМ с закрытыми глазами на неподвижной основе или через вращение подвижного коврика, на котором совершается БНМ с открытыми глазами. При этом направление вращения коврика противоположно вращению человека на неподвижной основе. Наряду с диагностированием латеральной асимметрии, обусловленной органическими дефектами и патологией опорно-двигательного аппарата (ОДА), БНМ позволяет выявить асимметрию ОДС, так или иначе связанную с функциональной асимметрией полушарий головного мозга (ФАМ). Диагностика таких асимметрий биомеханики ОДС будет способствовать пониманию природы ФАМ, физиология которой в настоящее время широко исследуется [1,2,6].

Спонтанное вращение человека при БНМ с закрытыми глазами можно сравнить с хождением людей по кругу в лесу или пустыне в отсутствие визуальных ориентиров (солнца, луны) или с завязанными глазами. В последнем случае круги имеют диаметр порядка 20 м [14]. Механизм генерации латеральной асимметрии биомеханики ОДС в обоих случаях, очевидно, будет одинаков, поскольку установлено [14], что направление кружения в лесу или пустыне не зависит от длины шага правой или левой ноги, причем один и тот же человек мог кружить по и против часовой стрелки.

С учетом этого, можно полагать, что характеристики спонтанного вращения при БНМ (направление, угловая скорость, максимальный угол поворота) будут зависеть от эндогенных физиологических и экзогенных геокосмических факторов, ответственных за генерацию соответствующего дисбаланса в биомеханике ОДС. Априори можно предположить, что направление или знак вращения определяется тем, какая половина ОДС доминирует в силу трофических или механических причин в биомеханике БНМ. Если данная асимметрия ОДС не связана с органической патологией, то контралатеральное ведущей нижней конечности полушарие головного мозга будет доминантным.

В настоящей работе изучили закономерности изменения характеристик вращения человека, совершающего БНМ от физиологических, гендерных, возрастных и внешних геокосмических факторов в течение длительного времени.

Материалы и методы

В исследованиях в течение более 15 лет эпизодически принимали участие здоровые люди (правши) разного возраста и постоянно - мужчина (А., правша), у которого в определенные периоды времени клинически, рентгенографически и методом магнитно-резонансной томографии (МРТ) диагностировалась временные патологии опорно-двигательного аппарата (ОДА). Например, 21.01.10 и 20.05.11 - начальная стадия артроза и разрыв заднего рога медиального мениска правого коленного сустава, а 20.05.11 -обострение артроза правого тазобедренного сустава, спровоцированное переохлаждением организма в период с 6 по 9.05.11.

БНМ с закрытыми глазами испытуемые совершали в помещениях на бетонном полу, покрытом линолеумом или деревянным настилом, а для определения характеристик бега с открытыми глазами использовали суконный коврик размером 40х60 см и толщиной 2 мм, который укладывали на пол, покрытый линолеумом.

В процессе бега (1-2 мин) коврик смещался обычно назад и одновременно поворачивался относительно центра на угол (ц). Скорость смещения коврика назад зависела от жесткости пола и в процессе БНМ, как правило, занулялась за время порядка 5 мин.

Угол ц оценивали в радианах как arcsin(h/L), где h - разница в смещении одного края коврика относительно другого, а L - его длинная сторона. Делением величины ц на время бега (1-2 мин) определяли угловую скорость (±W рад/мин). Положительный знак W отвечал вращению коврика по часовой стрелки, а человека, соответственно, против часовой стрелки. Знаком минус отмечалась противоположные направления вращения человека и коврика. Мониторинг характеристик вращения проводили в основном утром после ночного сна [3,4] до физических упражнений и умственной работы. С целью изучения лечебно-профилактического эффекта БНМ пациент А. в период 21.01.10 - 20.05.11 каждое утро совершал БНМ течение 15 минут, при этом он принимал таблетки ДОНА, показанные при остеоартрозах периферических суставов и позвоночника.

Для изучения влияния на физическое состояние человека внешних физических факторов мониторинг характеристик БНМ проводили при различных гелиофизических условиях, а для выяснения влияния электростатического поля земли сравнивали БНМ в обычных условиях и в камере Фарадея, используемой для экранировки от электромагнитных возмущений установки МРТ, расположенной на первом этаже. Данные по знаку сектора магнитного поля Солнца брали на сайте ИЗМИРАН.

Результаты и обсуждение

Зависимости характеристик БНМ от времени, длительности бега, внешних условий, физического состояния и умственной нагрузки представлены на Рис 1-3. Опыты свидетельствуют, что угол поворота может иметь разный знак, а его максимальная величина меняется в пределах от 0 до ~6р радиан.

Рис 1. Зависимость направления (знака) вращения мужчины правши от времени.

На рис 1 показан мониторинг направления вращения пациента А. в зависимости от времени или гелиокосмических условий. Причем, если одновременно с мужчиной в тех же условиях совершала БНМ с закрытыми глазами здоровая женщина (правша), то она, как правило, вращалась в противоположном направлении с меньшей скоростью и максимальный угол поворота был существенно меньше, чем у мужчины. Направлению вращения против часовой стрелки отвечает повышенная активность левого полушария и наоборот. Вращение наблюдалось достаточно редко (1-2 раза в неделю), при этом знак вращения сохранялся в среднем на протяжении 3-4 дней. Известно [8,11], что знак скорости вращения коррелирует со знаком сектора магнитного поля, который меняется, как правило, с периодичностью в неделю. Отметим, что вращение при БНМ с закрытыми глазами с октября 2011 года наблюдалось редко, и максимальная величина угла ц не превышала р/2. Поскольку это фиксировал не только пациент А., но и другие испытуемые мужчины и женщины разного возраста, то можно предположить, что снижение частоты и силы проявления вращательного эффекта при БНМ связано с особенностями XXIV цикла солнечной активности [8].

О влиянии умственной нагрузки на характеристики БНМ указывает инициация вращения и возрастание его скорости при активации речевой функции мозга чтением стихов про себя наизусть (Рис 2, 3).

Рис. 2. Зависимости скорости вращения пациента А. при беге на месте с закрытыми глазами от умственной и физической нагрузки; а) - БНМ на коврике с открытыми глазами и чередованием чтения про себя стихов (1) и рассеянного состояния ума (2); b) - пунктиром показан бег ~30 мин трусцой на улице (16.03.05).

Рис 3. Зависимость характеристик вращения при беге на месте с закрытыми глазами от возраста пациента, умственной нагрузки и места проведения испытаний; а) - вращение по часовой стрелке пациента А. с чтением про себя стихов (1) и мальчика 7 лет (2) без чтения стихов (от 0 до 4,5 мин) и с чтением про себя стихов (от 4,5 мин) 05.12.97; b) - вращение пациента А. при беге на месте с закрытыми глазами по часовой стрелке: (1) - 10.01.09 коридор, (3) - 17.03.09; против часовой стрелки: (2) - 07.03.09; (4) - 25.03.09. Пунктирные линии основа пола - армированная бетонная стяжка (толщина 5 см), линолеум; сплошные линии - половая доска (толщина 3,5 см).

В процессе БНМ или после обычного бега РФАМ, как правило, зануляется за время 15-30 мин и величина W становится равной нулю (Рис 2, 3b). Весь комплекс выявленных зависимостей характеристик вращения при БНМ от эндогенных и экзогенных факторов можно удовлетворительно объяснить, связав вращение с латеральной асимметрией нервной составляющей биомеханики ОДС. На уровне головного мозга ей, очевидно, будет отвечать переменный ресурс ФАМ (РФАМ), генерируемый неким непостоянным внешним фактором в процессе ночного сна. Снижение температуры тела и мозга в состоянии сна повышает чувствительность жидких сред мозга, обладающих кооперативными свойствами к внешним физическим факторам, к которым можно отнести спирально-вихревое излучение Солнца (СВИС) [4]. Оно ответственно за формирование вихревых структур в атмосфере и может, по-видимому, влиять на кинетику реакций в жидких средах биосистем, обладающих оптической активностью (хиральностью) [4,8-11]. При этом возможная модуляция знака спиральности СВИС магнитным полем Солнца [4], позволяет объяснить наблюдаемую корреляцию между знаком сектора МПС и направлением (знаком) вращения при БНМ [11]. Полагают [4], что прозрачная для СВИС литосфера играет роль сферической линзы, усиливающей действие СВИС на биосферу именно на ночной стороне Земли.

Таким образом интенсивность и знак спиральности СВИС зависят от активности Солнца, знака МПС и от локальных хиральных свойств литосферы в местах выхода СВИС из земли.

Принятие СВИС за хиральный фактор морфогенеза [10] и РФАМ в том числе, позволяет объяснить не только временные зависимости характеристик вращения при БНМ и хождение по кругу с закрытыми глазами или в лесу [14], но и аномальный спиротропизм хвойных деревьев, наблюдающийся локально и довольно часто [9]. При этом нельзя исключить возможность прямого действия СВИС и в дневное время, эффекты которого будут сильно ослаблены из-за отсутствия фокусирующего действия литосферы и пониженной чувствительности к нему жидких сред бодрствующего организма.

Внешний хиральный фактор может порождать дисбаланс в нейрофизиологии двигательных центров коры правого и левого полушария, из которого и формируется РФАМ. Рядом с двигательной зоной коры 6, отвечающей за повороты тела в левом полушарии расположен центр спонтанной речи, активация которого может приводить к возбуждению нейронов зоны 6, о чем свидетельствует тот факт, что повреждения зоны 6, нарушают и спонтанную речь [5]. Очевидно, что эта взаимосвязь у детей будет сильнее, чем у взрослых. Чтение наизусть, как вариант спонтанной речи, асимметрично активируя двигательные центры, усиливает дисбаланс их нейрофизиологии лежащий в основе РФАМ. И действительно, у мальчика эффект чтения наизусть существенно выше, чем у пациента А (Рис 3а).

Инверсия и снижение величины РФАМ у женщин по сравнению с мужчинами согласуется с известными данными по изучению гендерных особенностей ФАМ. Например, в условиях стресса у женщин ухудшается, прежде всего, функциональное состояние левого полушария мозга, тогда как у мужчин - правого [13]. У женщин также ослаблено влияние нейрофизиологии речевого центра левого полушария на функции правого полушария [1-3,15]. Снижение угловой скорости и максимального угла вращения у женщин, указывает на то, что РАНС у них меньше, чем мужчин. В работе [8,12] предположили, что в генерации РАНС в процессе ночного сна важную роль играет эпифиз и синтезируемый в нем нейрогормон серотонин (предшественник мелатонина). Известно [13], что содержание серотонина в правом полушарии выше, чем в левом и в крови достигает максимума в ~3 часа ночи [12]. С учетом того, что у мужчин серотонина вырабатывается в среднем на ~50% больше, чем у женщин [13], предположение об участии в генерации РАНС эпифиза и серотонина согласуется с наблюдаемым снижением величины РАНС у женщин.

Установлено, что латеральная асимметрия ОДА патологической этиологии у пациента А. превалирует над асимметрией биомеханики ОДА, обусловленной РФАМ. Это относится к обострению артроза коленного и тазобедренного суставов, а также легкой судороги икроножной мышцы одной из ног. В каждом из этих случаев дефектная половина ОДА функционировала хуже контралатеральной половины, которая и становилась ведущей, определяющей направление вращения (Рис 4).

Практически одинаковые величины W при БНМ в камере Фарадея и вне ее (Рис 4) свидетельствуют об отсутствии влияния электростатического поля земли на вращательную составляющую биомеханики ОДС патологической этиологии. Факт увеличения W со временем БНМ указывает на усиление патологии правой половины ОДА от нарастающей нагрузки, вследствие чего возрастает доминирующая роль левой его половины и скорость вращения коврика против часовой стрелки.

Рис 4. Зависимость от времени скорости вращения пациента при БНМ с открытыми глазами на коврике в период обострения артроза коленного и тазобедренного суставов 20.05.11; 1 - бег в камере Фарадея; 2 - бег в том же помещении в двух метрах от камеры Фарадея.

Сравнительные испытания 22.05.11 с участием здорового мужчины Б. (правша, 21 год) и пациента А. с обострением у него на тот момент артроза правого тазобедренного сустава показали следующее. Величины и знаки W вращения коврика у пациента А. и Б. равнялись +0,20 и -0,35 рад/мин, что соответствовало вращениям испытуемых на неподвижной основе по и против часовой стрелки. Такой знак вращения Б., отвечал доминантности левого полушария в РФАМ и коррелировал со знаком сектора МПС, в котором на тот момент находится Земля. Вращение же пациента А. по часовой стрелке было следствием дефектности динамики правой половины ОДА. Эти результаты указывают на несущественность вклада РФАН в дисбаланс биомеханики опорно-двигательного аппарата в случае его патологии или конституционной асимметрии.

Здесь уместно отметить оздоровительный эффект регулярного БНМ у пациента А. в периоды проявления патологии суставов правой конечности. Сравнение данных МРТ сустава правого колена от 21.01.10 и 20.05.11 показало, что МРТ-картина разрыва заднего рога медиального мениска, а также начального артроза коленного сустава и пателло-феморального сочленения не изменилась, и незначительным стало количество экссудата. Эти данные говорят о стабилизации ситуации с артрозом и разрывом мениска на фоне уменьшения проявлений синовита. Положительный эффект БНМ в совокупности с прохождением курса медикаментозной терапии (ДОНА) был достигнут и для правого тазобедренного сустава - полностью исчезли клинические симптомы, и восстановилась корреляция знака вращения со знаком сектора МПС. Эти результаты подтверждают эффективность регулярного БНМ как лечебно-профилактического метода кинезитерапии.

Заключение

Исследования зависимостей характеристик бега на месте от внешних условий и физического состояния здоровых людей и с патологией опорно-двигательного аппарата показали, что бег на месте можно использовать для анализа латеральной асимметрии нейрофизиологии и биомеханики, а также для диагностирования некоторых патологий суставов нижних конечностей. Практика сочетания бега трусцой с регулярным бегом на месте больного с патологией коленного и тазобедренного суставов в течение полутора лет дала в целом положительный результат, что подтверждает эффективность использования бега в качестве лечебной и профилактической процедуры кинезитерапии.

Литература

1. Амунц В.В. К вопросу об асимметрии структурной организации мозга у мужчин и женщин // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Amunc.htm

2. Брагина Н. Н., Доброхотова Т. А. Функциональные асимметрии человека. -М. -1988. -240 с.

3. Вольф Н.В., Разумникова О.М. Половой диморфизм функциональной организации мозга при обработке речевой информации // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Wolf.htm

4. Кондратьев К. Я., Никольский Г.А. Вихревые эффекты проникающей компоненты солнечного излучения // vd2-777.narod.ru/article2/vihr-effects.htm; Воздействия солнечной активности на структурные компоненты земли. 1. Метрологические условия // Исследование земли из космоса. - 2005. -№ 3. С. 1-10; vd2-777.narod.ru/article3/vozdejstv.htm

5. Физиология человека. Ред. Р. Шмидт, Г. Тевс, Т. 1-4, - М.: Мир, 1996

6. Фокин В.Ф. Пономарева Н.В., Городенский Н.Г. и др. Функциональная межполушарная асимметрия и асимметрия межполушарных отношений // Системный подход в физиологии. - 2004, №12.- С. 111-127

7. Холманский А.С. Способ определения функционального состояния человека // Патент РФ 2193859 от 10.07.2001. Бюл. 10.12.2002, № 34. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7046.html

8. Холманский А.С. Зависимость ресурса функциональной асимметрии мозга от внешних условий // Асимметрия. -2009. Т. 3.- № 1.- C. 51-62. http://j-asymmetry.com/2011/12/holmansky_1_2009_1/

9. Холманский А.С. Адаптация деревьев к аномальным физическим факторам // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 8. - Вып. 3. - 2009. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-23-html/holmanskiy/holmanskiy.htm

10. Холманский А.С. Хиральность и квантовые эффекты морфогенеза // Там же. Т. 9. -Вып. 4. - 2010. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-28-html/kholmanskiy-2/kholmanskiy-2.htm

11. Холманский А.С., Минахин А.А. Морфологические и физические факторы асимметрии вегетативной нервной системы человека // Всероссийская конференция «Современные направления в исследовании функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга». -М. -2010. -С.270-274.

12. Холманский А.С. Моделирование физики мозга // Сознание и физическая реальность. -2008. -Т. 13. -№12 -С.23-38

13. Cahill L. His brain, her brain // Sci Am.- 2005.- Vol. 292.- N 5.- Р.40-47.

14. Souman Jan L., at. all, Walking Straight into Circles // Current Biology, V.19, Issue 18, 2009. P. 1538-1542

15. Wisniewski A. B. Sexually dimorphic partterns of cortical asymmetry, and the role for sex steroid hormones in determining cortical patterns of lateralization // Psychoneuroendocrinol. - 1998. - Vol.23. - Is. 5. - P. 519-547.

Размещено на Allbest.ru