Статистический анализ функций распределения локомоторных характеристик у детей и подростков

D.V. Dolganov1, , T.I. Dolganova1,2, , D.A. Popkov1,3, , L.V. Smolkova1, , A.O. Trofimov1, ,

Введение. Все выдающиеся результаты в спортивной практике достигаются не только за счет максимальной мобилизации и рационального распределения энергетических ресурсов организма, но и за счет оптимизации и совершенствования приспособительных сложнокоординированных двигательных стереотипов. При этом если инструментальная и методологическая база для изучения энергетических ресурсов организма в ходе спортивных тренировок уже создана [2] и используется, то эффективной общепринятой методологии для изучения и коррекции сложнокоординированных двигательных стереотипов до настоящего времени не существует. С появлением видеоанализа в сферу внимания исследователей попали не только синергетические причинно-следственные взаимоотношения между элементами опорно-двигательной системы, но и пространственно-временные параметры и характеристики походки, особенно в сфере их функций распределения [4]. Согласно данным литературы, нормальность распределения исследуемых показателей опорнодвигательной системы порой не обнаруживалась не только при изучении отдельных двигательных функций [16], но даже и в двигательных стереотипах при анализе таких кинетических переменных во время фазы опоры, как генерируемая мощность (Вт/кг) в коленном и голеностопном суставах [13]. Результаты проведенного многофакторного анализа показали, что на длину и ширину шага влиял целый ряд антропометрических, мотивационных и внешних обстоятельств. От скоростных параметров зависели зрительно- моторная координация, поддержание баланса тела и силовые характеристики мышц. Такие кинематические показатели походки, как сги-бание/разгибание бедра и голени в неоднородной по возрасту группе детей 5–12 лет, также не имели нормального распределения и преимущественно зависели от скорости ходьбы [15]. Вместе с тем в более однородных выборочных совокупностях, таких как дети 3–4 лет [9], и у взрослых в группах однородных по полу и возрасту [14] временные параметры цикла шага имели склонность соответствовать закону нормального распределения. По данным литературы, нормальность распределения исследуемых показателей обнаруживалась не только в циклических двигательных стереотипах, типа походки, но и в такой специфической профессиональной деятельности, как отработанные «до полного автоматизма» навыки вязания специальных узлов в ходе горной подготовки спортсменов [7]. Показатели двигательной активности, обусловленные функцией равновесия и регистрируемые в ортостатических стереотипах в виде варьирования кинематических характеристик позвоночника и туловища, с высоким уровнем значимости обнаруживали функцию нормального распределения не только в выборочных совокупностях, но и в индивидуальных постуральных стереотипах [3].

Факт выявления ненормальности закона распределения исследуемого параметра является статистическим аргументом поиска его взаимосвязей, как с качественными, так и с количественными признаками. Нормальное распределение возникает тогда, когда на изменении параметра невозможно выявить влияние определенного преобладающего фактора [6]. Можно предположить, что определяемая в постуральных и специфических двигательных стереотипах нормальность распределения [3] при наличии конечного приспособительного результата является необходимым условием для признания исследуемой деятельности двигательным стереотипом, т. е. устойчивым индивидуальным комплексом условно-рефлекторных двигательных синергетических взаимодействий, реализуемых в определенной последовательности.

Цель исследования : оценить и сопоставить функции распределения кинетических и кинематических параметров походки в локомоторных стереотипах у детей и подростков без двигательных нарушений.

Материалы и методы. Оценка локомоторного профиля методом видеоанализа походки (CGA) проведена у здоровых детей и подростков в лаборатории биомеханики Центра Илизарова. Сформировано две группы: I группа – 14 детей (28 конечностей) 4–6 лет, средний возраст – 5,07 ± 0,79 года. Дети ходили босиком самостоятельно с привычной для них скоростью на 7-метровой дорожке. II группа – 38 подростков (76 конечностей) 9–15 лет, средний возраст 12,5 ± 1,41 года. Они ходили самостоятельно босиком в естественном, замедленном и ускоренном для них темпе ходьбы.

Данные кинематики с учетом антропометрических параметров (рост, вес) регистрировались оптическими камерами Qualisys 7+ (8 камер) с технологией видеозахвата пассивных маркеров. Данные кинетики – с динамометрических платформ Kistler (6 платформ). Анализ кинематики и кинетики проводился в программах QTM ( Qualisys ) и Visual3D ( C-Motion ) с автоматизированным расчетом значений [8]. Для оценки кинематических характеристик походки использован интегральный показатель индекса оценки профиля походки (GPS) , который входит в автоматическую форму заключения стандартного медицинского блока 3D-видеоанализа походки. Он основан на кинематических данных движения в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной проекциях таза, бедра, в сагиттальной проекции голени и стопы, угла разворота стопы относительно вектора движения [10]. GPS предложен как количественный параметр идентификации типичных особенностей характера походки в оценке результатов лечения, так как коррелирует с эдинбургским показателем визуальной походки (EVGS) [11]. Для оценки кинетических характеристик походки использован интегральный показатель суммарной пиковой мощности работы суставов нижней конечности (Вт/кг).

Статистическая обработка данных производилась с помощью пакета анализа данных Microsoft EXСEL-2010 и AtteStat [1]. Оценка нормальности распределения кинематических и кинетических параметров осуществлялась по 12 одномерным критериям с порогом значимости p = 0,1. Для представления обобщенных результатов использовался регрессионный анализ и методы описательной статистики.

На проведение исследований было получено разрешение комитета по этике при

ФГБУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» № 2 (70) от 21.10.2021.

Результаты и обсуждение исследования. У детей 4–6 лет в их естественном стереотипе походки скоростные, кинематические и кинетические параметры подчинялись закону нормального распределения. Скоростные характеристики варьировали в диапазоне от 2,5 до 3,7 км/ч, интегративный показатель GPS варьировал от 5,9 до 11,4 усл. ед., а суммарная пиковая мощность работы суставов – от 3,4 до 7,2 Вт/кг. В сравнении с детьми, у подростков 9–15 лет в общей выборочной совокупности кинематические параметры также подчинялись закону нормального распределения, но по кинетическим характеристикам гипотеза нормальности распределения отклонялась по 11 критериям, что совпадает с данными метаанализа литературы [12]. Кроме того, при расширенном скоростном диапазоне (1,0–6,5 км/ч) интегративный показатель GPS варьировал в том же диапазоне (5,7–10,9 усл. ед.) и не зависел от скорости ходьбы.

Иное поведение наблюдалось у показателя суммарной пиковой мощности работы суставов при ходьбе с разной скоростью – зависимость исследуемого интегрального показателя кинетики успешно описывалась уравнением линейной регрессии: S = 0,9143W + 0,4201, R2 = 0,9742 при n = 142, p ≤ 0,001, где S – скорость ходьбы, W – суммарная пиковая мощность работы суставов, что подтверждалось данными литературы [12].

Поскольку скоростные различия походки у подростков изменяли функцию распределения, появилась необходимость в установлении причины, по которой этого не происходит у детей.

Несмотря на то, что в общей совокупности подростков гипотеза нормальности распределения суммарной пиковой мощности работы суставов отклонялась по 11 критериям и зависела от скорости ходьбы, в отдельных скоростных совокупностях показатели кинетики, кинематики и скорости ходьбы соответствовали функциям нормального распределения по 10–12 критериям.

Подтверждение нормальности распределения в однородных группах подростков по темпам ходьбы является статистическим аргументом в пользу отсутствия взаимосвязей исследуемых параметров как со скоростными, так и с другими качественными и количественными признаками [6].

Следовательно, исследуемые кинематические и кинетические показатели, как и скорость передвижения, отражают характеристики конечного приспособительного результата, которым является исследуемый двигательный стереотип. То есть характеристики в зависимости от сложности организации исследуемого двигательного стереотипа могут быть представлены целым рядом параметров и также должны подчиняться закону нормального распределения. По-видимому, в основе синергетической самоорганизации двигательных стереотипов заложены те же адаптационные механизмы, параметры, взаимодействия которых с окружающим пространством и средой подчиняются функции нормального распределения и характеризуют динамическую стабильность равновесных состояний. Подобная форма приспособительных ответов в экологии известна как закон оптимума, или толерантности Шелфорда [5].

Заключение. У детей 4–6 лет параметры кинематики, кинетики и скорости ходьбы подчинялись закону нормального распределения, следовательно, их естественная самостоятельная походка не зависит от влияния других обстоятельств и является конечным приспособительным ответом опорно-двигательной системы, составляющим сформированный двигательный стереотип.

У подростков 9–15 лет в общей выборочной совокупности гипотеза нормальности распределения в отношении параметров кинетики и скорости ходьбы откланялась. После разделения их на группы с одинаковым двигательным стереотипом походки, произвольно обусловленным конкретным темпом передвижения, гипотеза нормальности распределения в отношении всех исследованных показателей не откланялась. Произвольно инициированные локомоторные стереотипы походки являются синергетическими самоорганизованными приспособительными ответами опорно-двигательной системы. Параметры, их характеризующие, подчиняются законам нормального распределения и отражают равновесное динамическое состояние системы в окружающем пространстве как в отношении временных и скоростных, так и биомеханических характеристик (кинематические и кинетические параметры), составляющих исследуемые стереотипы.