Взаимосвязи между показателями трехмерного сканирования позвоночника, компонентов состава тела и стабилометрии у тяжелоатлетов высшей спортивной квалификации

Физические упражнения в тяжелой атлетике (ТА) вызывают в мышечной клетке изменение числа миофибрилл, массы митохондрий, размера саркоплазматической сети, массы хроматина и др. прямое влияние на спортивные достижения оказывают число миофибрилл (определяет уровень силовой подготовленности) и масса митохондрий (определяет мощность аэробных процессов). Заметим, что с ростом силы коррелирует увеличение саркоплазматического ретикулума, масса хроматина, а с ростом массы митохондрий капилляризация мышечного волокна. В нашей модели рассматриваются процессы адаптации ОДА, состава тела и стабилометрии к воздействию физических упражнений, вызывающих изменения в указанных системах, обеспечивающих высокую спортивную результативность. При этом ускоренный синтез миофибрилл возможен при сочетании нескольких обязательных условий:

• -    повышенной концентрации свободного креатинина;

• –    повышенной концентрации ионов водорода;

• –    адекватном содержании в крови и тканях аминокислот;

• –    анаболических гормонов.

Указанные интеграции обуславливают развитие статокинетической устойчивости (СКУ), детерминизирующей биомеханику ДД, а также системный анализатор, позволяющий получить информацию о физиологических и метаболических индикаторах состояния тяжелоатлетов.

В исследовании применялась компьютерная стабилометрия, ультразвуковое сканирование позвоночника, импедансная диагностика состава тела, неинвазивный анализатор физиологического и метаболического состояния, электроэнцефалография, электромиография.

Обследованию подверглись 12 с п ортсменов в возрасте 19–23 лет спортивной квалификации МС, МСМК, победители и призеры международных турниров , чемпионы Европы, мира. Обследование проводилось на заключительных этапах подготовки к социально значимым соревнованиям. М ассив полученных наблюдений был подвергнут предварительному анализу. Для этого были определены ряды с высоким коэффициентами вар и ации (V) (рис. 1), а также, согласн о критерию Шовене, нами установлены пограничные состояния для каждого показателя, за которы м и стоят грубые ошибки.

На рис. 2 приведены примеры грубых ошибок в рядах данных. Убрав их из дальнейшего рассмотрения, получ и м ряды од н ородных данных, пригодные для дальнейшего анализа.

Рис. 1. Примеры рядов с выским коэффициентом вариации

Рис. 2. Примеры грубых ошибок в рядах данных

На рис. 3 представлен общий вид матрицы коэффициентов корреляции для 3D-сканера и анализатора состава тела. Цветом выделены коэффициенты со значениями больше 0,7, либо меньше –0,7, характеризующие наличие сильной линейной связи между показателями.

Постурология изучает баланс тела в основной стойке и переходных процессах, а ста-билометрия регистрирует положение тела и колебания проекции общего центра тяжести тела на плоскости опоры.

Постуральная система должна поддерживать три основных функции:

• –    сохранять устойчивость основной стойки в условиях земной гравитации;

• –    генерировать мышечный ответ на внешние ожидаемые и неожиданные, а также произвольные целенаправленные движения;

  – иметь возможность к адаптации в изменяющихся внешних и внутренних условиях.

Осмотр вертикальной составляющей реакции опоры показывает, что относительно средней линии, т. е. среднего уровня массы тела все имеющиеся колебания имеют два направления – отрицательное, направленное на уменьшение имеющегося веса, и положительное, направленное на его увеличение. В норме отрицательного направления колебания име- ют амплитуду, в среднем, в 1,5–2 раза больше, чем положительные.

Спектрограмма колебаний в вертикальной плоскости представляет собой более сложное образование, чем для колебаний во фронтальной или сагиттальной плоскости. Сам спектр значительно шире и может включать колебания на частотах 10 Гц и выше. При этом в норме между 1 и 2 Гц имеется четко выраженный пик, соответствующий сердечному циклу. В ряде случаев он может быть выражен не очень четко. Но для нормы характерны колебания на частотах от 4 до 7 Гц с амплитудой не более 0,3 кг. Колебания в вертикальной плоскости такой высокой частоты, связанные с постоянным перемещением массы около 0,3 кг, скорее всего, могут быть вызваны только с деятельностью крупных мышечных массивов, активных в вертикальной стойке, каковыми являются мышцы-разгибатели нижних конечностей и туловища, т. е. антигравитационные группы мышц [6]. По данным автора, вектор массы тела, подходящий через центры суставов – это теоретически идеальный случай действительно нейтрального положения суставов. Основная стойка здорового человека имеет несколько иные взаимоотношения. Линия вектора тела

Рис. 3. Таблица коэффициентов корреляции для приборов 3D-сканер и анализатор состава тела

или вертикаль, проходящая через ОЦМ, опускается из центра головы, проходит на один сантиметр кпереди от тела четвертого поясничного позвонка, через центр тазобедренного сустава, впереди коленного и ложится на плоскость опоры на 4–5 см кпереди от линии внутренних лодыжек.

В этом состоянии тазобедренный и коленный суставы замыкаются пассивно и не требуют расхода энергии. Голеностопный сустав замыкается активно напряжением трехглавой мышцы голени. Итак, действия голеностопного сустава контролируют баланс тела в основной стойке.

Обратная связь на поддержание основной стойки происходит от зрительной, проприо-рецептивной и вестибулярной систем. Однако вестибулярная система участвует особым образом в медленных и высокоамплитудных движениях, которые отсутствуют в нормальной стойке здорового человека. Основная система управления балансом построена на сигналах, поступающих от мышечных рецепторов, суставных и механорецепторов. Значительную долю (в норме) занимает визуальная информация.

Совместное исследование французских и канадских ученых [20] показало, что полное, центральное и периферическое зрение оказывают влияние на сохранение баланса различным образом. Центральное зрение оказывает большое влияние на контроль движений во фронтальной плоскости, в условиях, когда соматосенсорная информация недостаточна. Периферическое зрение в этих же условиях оказывает большое влияние на контроль колебаний в сагиттальной плоскости.

Японский исследователь С. Мори [19] предлагает разделить все механизмы управления и поддержания баланса на три основных типа: рефлексы, синергии и стратегии. Его соотечественник [12] в своих исследованиях выделяет весьма сложные рефлекторные балансировочные действия человека с включением всего ОДА. К рефлексам авторы относят автоматические ответы нервной системы на изменяющиеся условия. Понятие синергии, т. е. классов движений с близкими кинематическими характеристиками, было введено нашим соотечественником Н.А. Бернштейном в его классических трудах [1, 2]. Понятие стратегий включает сложные движения, выполняемые бессознательно или осознанно для получения необходимого результата (уровни

• C, D, E по Н.А. Бернштейну). Распространение этого понятия в постурологии связано с работами американских исследователей [15]. Авторами были введены понятия о голеностопной и тазобедренной стратегиях для поддержания баланса в основной стойке. В последующем была обнаружена и аналогичная стратегия балансировочных движений в тазобедренных суставах, но во фронтальной плоскости [18].

Отечественный ученый [6] на основании специального исследования сделала вывод о том, что основную роль в поддержании баланса во фронтальной плоскости несут мышцы бедра, что исключительно важно для анализа биомеханики ДД в рывке и толчке.

Группа исследователей из Швейцарии, Нидерландов и Канады [9], проведя исследования баланса в основной стойке, в условиях изменения положения плоскости опоры совместно с электромиографическими данными выдвинула следующие предположения. Про-приорецептивное управление балансом со стороны рецепторов бедра и туловища более важно, чем со стороны нижней конечности в целом, включая подошвенную поверхность стопы. Изменение положения стопы в основной стойке приводит к модуляции потока импульсов от трехглавой мышцы голени, что в свою очередь, дает изменения электроэнцефалограммы [10]. Это не единственный пример. Непосредственное влияние девиации центра давления (ЦД) обнаружено со стороны сердечной деятельности, но это не колебания с частотой сердцебиения, а гораздо более медленные, с частотой один раз в минуту [16]. Эти движения – своеобразный насос для венозной крови нижних конечностей. Их приводящий механизм – трехглавая мышца голени. Более поздние исследования этих же авторов [17] подтверждают, что колебания ЦД при состоянии играют значительную роль в поддержании гомеостаза сердечно-сосудистой системы.

Итак, интегративная деятельность организма тяжелоатлетов включает мобилизацию ОДА, биоэлектрическую активность мозга, кровотока, нейромоторных звеньев.

Следует отметить, что гравитационные и баллистические воздействия, стрейчинг, массаж, релаксация влияют на фазовый процесс адаптации в условиях влияния факторов экзогенного и эндогенного характера. Зависимость регуляции баланса в основной стойке и локомоциях определяется генетическим вкладом, возможностями скелетной мускулатуры, тотальными размерами тела, возрастными, половыми и спортивно-квалификационными особенностями спортсменов. Основной аспект стабилометрических исследований лежит в плоскости изучения амплитуды и скорости ЦД, угловых звеньев, длины и плоскостных оценок дыхательной частоты колебаний ста-билограммы, мощности спектра составляющих. В настоящее время доминирует компьютерная стабилометрия в клинике и исследованиях в спорте. Проведена классификация регистрируемых параметров, вычислены нормативные характеристики основных стабило-метрических параметров [8]. Рассчитаны длина и площадь статокинезиограммы, положение и колебания ЦД в различных плоскостях, частотные спектры, распределение массы тела между нижними конечностями. Однако исследований, учитывающих специфику вида спорта, специализаций спортсменов, проведено недостаточно и проблема для разрешения ждет своих исследователей. Исследования в спорте требуют сознания биомеханики движений, фазового анализа циклов ДД в видах спорта, развивающих спортивно-силовые и силовые способности (ТА, метания, толкания, спортивная борьба и др.). По мнению автора, увеличение размаха амплитуд вертикальной составляющей реакции опоры отражало возрастающее значение вертикальных ускорений общего центра массы тела. Временные, пространственные, кинематические и динамические параметры показывают взаимосвязь своих количественных показателей, не изменяя их качества.

Постурология занимается изучением процессов сохранения, управления и регуляции баланса тела при его различных положениях и ДД. При двигательном тестировании включаются системообразующие звенья организма. Анализ спектра частот и амплитуд колебаний ЦД (высокоамплитудные 0–0,3 Гц) [13]. Исследование пространственно-временных и динамических характеристик тела человека с помощью компьютерной стабилометрии и сопутствующих методик оценки состояния стопы, основной стойки, сокращения и расслабления мышц, при подъеме тяжестей, детерминирующих физиологическую основу ОДА – является важной задачей биомеханики, физиологии спорта и двигательной активности.

Ретроспективно оценивая ключевые ме- тодики и концепции поставленной проблемы, целесообразно отнести исследователей к трудам основоположников учения произвольных и активных (организованных) ДД по Л.С. Выготскому [4, 5], Н.А. Бернштейну [3], А.Р. Лурия [7].

Целенаправленная балансотерапия позволяет оптимизировать положение общего центра давления (ОЦД), что исключительно важно в таком виде спорта, как ТА. «Взрывные» индивидуальные особенности, уровень развития СКУ, подвижность суставов и гибкость позвоночника определяют возможности ОДА для успешной спортивной результативности. В данной работе мы не акцентировали внимание на биохимических адаптациях, а рассматривали нейрофизиологические и анатомофизиологические возможности для биомеханически целесообразных ДД.

Выполнение ДД в тяжелой атлетике связано с натуживанием необходимости повышения устойчивости к эпизодической гипоксии. Возникает проблема оценок лимита устойчивости в условиях сенсорной депривации, позволяющей выявить двигательно-координационные возможности, стабильность в каждом функциональном положении, максимальный радиус удаления ДД от фоновых, изменения силовых способностей при задержке дыхания.

Иллюстрированные на рис. 3 коэффициенты корреляции позволяют сделать вывод о том, что между показателями прибора анализатор состава тела наблюдаются более тесные взаимосвязи, чем между параметрами 3D-сканера. Сильные линейные связи между приборами наблюдаются в 6 случаях. Показатель тесноты прямой связи между SA_LA_PREDICTEDMM и прогибом Th12_L5 (фронтальный)_L-X (мм) равнялся 0,73. Высокие значения коэффициента корреляции (r) можно интерпретировать постоянством показателя «Прогиб Th12_L5 (фронтальный)_L-X (мм)» на некоторых отрезках и малыми изменениями «SA_LA_ PREDICTEDMM» на этих отрезках, а не постоянными сонаправленными изменениями признаков. Реальная взаимосвязь между параметрами, скорее всего, отсутствует. Обратная связь между «PREDICTED_FAT_ MASS» и углом наклона грудного отдела (фронталь-ный)_Th-X-Ang (град.), скорее всего, также не обоснована.

Коэффициент корреляции, характеризующий прямую связь между показателями «Угол наклона шейного отдела (фронталь- ный)_C-X-Ang» и «BMRkcal» равнялся 0,71. Похожий характер связи наблюдается между значениями «Прогиб 3D C7-Th12_3D-Th» и «SA_TRUNK_FFM» (r = 0,70). Более тесная связь выявлялась между параметрами «Угол-L-3D-Y_L-3D-Y» и «IMPEDANCE_ RIGHTARM» (r = 0,75). Обратная связь наблюдалась между углом наклона поясничного отдела (сагитальный)_L-Y-Ang и «IMPEDANCE_ RIGHTARM» (r = –0,75).

Можно предположить, что специфика вида спорта откладывает отпечаток на взаимосвязи изучаемых показателей, которые проявлялись между углами наклона шейного и поясничного отделов. Действительно, подъем тяжестей оказывает большое воздействие на позвоночный столб. Во время подъема тяжелых весов выявляются деформации, которые необходимо устранить процедурами восстановления и реабилитации. С этой целью используются специальные приспособления корректирующего характера. Стабильность основной стойки характеризуется различными девиациями центра тяжести относительно фиксированной базы опоры. Эти движения регистрируются в угловой величине относительно вертикали, вектором предполагаемого ДД, соединяющего центр тяжести с центром базы опоры. Индивидуально можно выявить фронтальную, вертикальную и саггитальную нестабильность ТА. Возможны проявления гиперстабильности у отдельных атлетов.

Следует отметить, что значения коэффициентов для данной пары приборов во всех случаях находятся на нижней границе допустимого интервала, характеризующего высокую степень связи.

Между показателями 3D-сканера и ста-билометра наблюдалось больше взаимосвязей, чем в 1-м случае. Рассмотрим наиболее сильные из них. Например, показатель обратной связи между скоростью ОЦД, V (мм/с) при повороте головы вправо ГЗ и углом L-3D-X_L-3D-X (град.) равнялся –0,88. Показатель прямой связи между индексом устойчивости, ИУ (ед.) при повороте головы вправо ГЗ и углом L-3D-X_L-3D-X (град.) был 0,89. Коэффициент корреляции между динамическим компонентом равновесия, ДК (ед.) при повороте головы вправо ГЗ и углом L-3D-X_L-3D-X (град.) составил –0,89.

Прямая связь (r = 0,86) выявлена между средним положением ОЦД в сагиттальной плоскости в Европейской CK, Ye (мм) при повороте головы вправо ГЗ и показателем угла наклона шейного отдела (сагитальный)-CY-Ang (град.). Обратная связь (r = –0,86) была обнаружена между средним положением ОЦД в сагиттальной плоскости в Европейской CK, Ye (мм) при повороте головы вправо ГЗ и углом 3D-Y-С-3D-Y (град.). Необходимо отметить, что высокая теснота связей характеризует координацию показателя СКУ и угловыми величинами позвоночника при наличии сбивающего фактора (поворот головы вправо глаза закрыты). Оценивается стабилометри-ческая устойчивость при позной скорости ЦД. ИУ, являющийся одним из главных критериев СКУ, тесно коррелировал с угловым изменением позвоночного столба.

Французская школа стабилометрии установила сильную корреляционную зависимость между положением ЦД в саггитальной плоскости относительно межпозвоночной линии и скоростью перемещений ЦД [14]. Данный параметр определяет расстояние от экспериментальной кривой регрессии между координатой ЦД в саггитальной плоскости и вариацией скорости перемещения ЦД до аналогичного показателя пациента.

Взаимосвязи параметров свидетельствуют о том, что ряд отдельных показателей ста-билометра сильно коррелирует с показателями анализатора состава тела, например:

• –    «Уровень 60 % мощности спектра в сагиттальной плоскости, yf60% (Гц) – Основная стойка ГО» (7 коэффициентов корреляции со значениями по модулю больше 0,70);

• –    «Отношение длины эллипса к его ширине, Le-We (ед.) – Основная стойка ГЗ» (11 коэффициентов);

• –    «Отношение длины статокинезиограм-мы к её площади, LFS90 (1/мм) – Основная стойка ГО» (7 коэффициентов);

• –    «Отношение длины статокинезиограм-мы к её площади, LFS90 (1/мм) – Основная стойка ГЗ» (11 коэффициентов).

Наибольшее число взаимосвязей с параметрами стабилометра выявлялось у показателей отношения длины эллипса к его ширине в основной стойке глаза закрыты и отношения длины статокинезиограммы к её площади в основной стойке глаза закрыты. Можно сказать, что количество связей увеличивается при наличии сбивающих факторов и свидетельствует о динамичности перестроек функциональной системы СКУ в усложненных условиях.

Таким образом, можно полагать, что в фазе устойчивой адаптации при воздействии сбивающими факторами (глаза закрыты)

адаптивно-компенсаторные звенья психофизиологической адаптации для сохранения биологической надежности организма ТА включают дополнительное количество связей, обеспечивающих СКУ гомеостаза. Функциональная проба с поворотом головы в стороны включает комплекс рефлекторных реакций с включением шейно-мышечных реакций, вестибулярного аппарата, проприорецепции зрительного анализатора, система контроля баланса на возмещающие воздействия. Выявлены корреляции между состоянием шейного отдела позвоночника и степенью устойчивости в основной стойке. Отклонение головы назад увеличивает движение ЦД в сагиттальной плоскости [14]. Стабильность уменьшается при поворотах головы [11].

Обратная связь (r = –0,81) выявлялась между отношением длины эллипса к его ширине, Le-We (ед.) в основной стойке ГЗ и IMPEDANCE_WHOLEBODY, а также между отношением длины эллипса к его ширине, Le-We (ед.) в основной стойке ГЗ и IMPEDANCE_LEFTLEG (r = –0,82). Прямая связь выявлялась между отношением длины эллипса к его ширине, Le-We (ед.) в основной стойке ГЗ и показателями «SA_RA_FFM» (r = = 0,80) и «SA_RA_PREDICTEDMM» (r = 0,79).

Обратная связь замыкалась между отношением длины статокинезиограммы к её площади, LFS90 (1/мм) в основной стойке ГЗ и «BMRKj» (r = –0,79) и между отношением длины статокинезиограммы к её площади, LFS90 (1/мм) в основной стойке ГЗ и показателями «FFM» (r = –0,81) и «TBW» (r = –0,81).

Статокинезиограмма отражает траектории движений ЦД в проекции на горизонтальную плоскость. Она представлена в ТА в системе координат помоста и положений спортсмена. Стабильность основной стойки и переходных процессов характеризуется девиациями центра тяжести с центром базы опоры. Стабильность обычно определяется по площади статокинезиограммы.

Обратная связь наблюдалась между отношением длины статокинезиограммы к её площади, LFS90 (1/мм) в основной стойке ГЗ и показателями «SA RL FFM» (r = –0,81) и «SA RL PREDICTEDMM» (r = –0,79).

Прямая связь между ИУ (ед.) при повороте головы вправо ГЗ и углом L-3D-X-L-3D-X (град.) (r = 0,89). Обратная связь между ДК (ед.) при повороте головы вправо ГЗ и углом L-3D-X-L-3D-X (град.) (r = –0,89).

Согласно коэффициенту корреляции, равному 1, показатели ИУ и ДК при повороте головы вправо ГЗ стабилометра полностью взаимозаменяемы и оба сильно коррелируют с углом L-3D-X-L-3D-X (град).

ИУ характеризует выраженность частоты и амплитуды стабилограммы производного показателя скорости, с которой происходили смещения проекции ЦД тела. Вот поэтому усматривалась высокая прямая связь с углом L-3D-X-L-3D-X при повороте головы вправо с депривацией зрения. Показатели ИУ и ДК в применяемых пробах взаимозаменяемы. Однако ДК при различных функциональных пробах определяется в процентах как разница между 100 % и величиной НУ при выполнении данной пробы.

Параметр ДК при повороте головы вправо ГЗ можно выразить через угол L-3D-X_L-3D-X, град. (L3DXL3DX) следующим образом: DK = 182.54 – 1.13×L3DXL3DX. Качество такой модели достаточно высокое (коэффициент детерминации = 78,73 %, константа и коэффициент при переменной L3DXL3DX значимы).

Коэффициент детерминации – это доля дисперсии зависимой переменной, объясняемая рассматриваемой моделью зависимости, т. е. объясняющими переменными. Его рассматривают как универсальную меру зависимости одной случайной величины от множества других.

В заключение необходимо отметить, что интегративная морфофункциональная оценка состояния спортсменов позволяет сбалансированно рассматривать анатомо-физиологические и биомеханические алгоритмы индивидуальной соревновательной деятельности, своевременно корректировать ее и состояние согласно полученным данным.

Основные позы ТА характеризуют ориентацию любого сегмента тела относительно вектора силы тяжести. При этом баланс можно определить как способность сохранять положение тела над его базой опоры (вход в ДД, подрыв, фиксация снаряда, толчок, удержание (статический и динамический баланс), постурологический контроль.