Введение к работе
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения уровня знаний в области двигательных резервов человека. В этом плане в последнее время большое внимание уделяется изучению роли индивидуального профиля асимметрии в оптимизации форм и содержания двигательной активности, особенно, у начинающих спортсменов. Функциональная межполушарная асимметрия играет важную роль в индивидуальных различиях двигательного поведения человека (Пигарева С.Н., 2017). Оптимальная адаптация к нагрузкам в спорте возможна только при использовании тренировочных занятий, ориентированных на генетический статус, который, в том числе, определяет и индивидуальный профиль асимметрии человека (Бердичевская Е.М., 2004; Тришин А.С. и др., 2012).
Наибольшее значение для большинства видов спорта имеют двигательные асимметрии (Иванова Г.П. и др., 2003; Плотников С.Г., 2006; Иванов О.И. и др., 2012). В области изучения возрастных особенностей двигательных асимметрий существует множество работ (Hering-Hanit R. et al., 2001; Фарбер Д.А. и др., 2003; Строганова Т.А. и др., 2004; Полякова В.М., Колесникова Л.И., 2005; Чермит К.Д. и др., 2014 и др.). В тоже время роль сенсорных асимметрий в спорте остается мало исследованной. В ряде работ показано, что более высокая скорость интеграции сенсорной и моторной информации между полушариями мозга у левшей (Cherbuin N., Brinkman C., 2006) связана с большим числом и плотностью у них аксонов в мозолистом теле (Westerhausen R. et al., 2004), что позволяет левшам совершать более быстрые и точные движения по сравнению с правшами (Tran U.S., Voracek M., 2016). Данный факт актуализирует проблему изучения взаимосвязи сенсорной и двигательной асимметрии в спорте.
Традиционно функциональную асимметрию мозга оценивают с использованием методов томографии, электроэнцефалографии (ЭЭГ) и/или реоэнцефалографии (Ушаков В.Л. и др., 2011; Болдырева Г.Н. и др., 2013; Васильев А.Н. и др., 2016 и др.), которые являются объективными методами оценки межполушарных взаимоотношений. Наиболее часто межполушарные различия исследуют путем сопоставления амплитудно-частотных характеристик -ритма и когерентности ЭЭГ (Болдырева Г.Н. и др., 2000; Fingelkurts A., et al., 2005; Бехтерева Н.П., Нагорнова Ж.В., 2007; Жаворонкова Л.А., 2007; Мачинская Р.И., Курганский А.В., 2012; Русалова М.Н., 2015 и др.). Данные методологические подходы в настоящее время стали активно использовать для исследования динамического характера ЭЭГ с использованием дискретизации альфа-ритма (Русалова М.Н., 2014; Русалова М.Н., Митрофанов А.А., 2017), в том числе, для изучения биоэлектрической активности мозга при планировании и выполнении движений (Кабанова Ю.Н., 2009; Корюкалов Ю.И., 2014). Выбор структуры движения основан на принципах надежности и
энергетической экономизации. При этом одни авторы утверждают, что асимметрия движений способствует снижению их неопределенности и повышению устойчивости (Самсонова A.B., Томилов В.Н., 2005), согласно же гипотезе спортивного латеростресса «симметрия/асимметрия», как гармоническая пара, является принципом адаптации и развития организма человека (Чермит К.Д. и др., 2014).
Таким образом, в настоящее время не существует единой точки зрения о роли симметрии-асимметрии в спорте. В имеющихся исследованиях показано, что функциональная асимметрия в зависимости от вида спорта может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на спортивный результат, особенно, у юных спортсменов (Худик С.С. и др., 2017). Основываясь на данных представлениях в целях разрешения указанных противоречий актуальным является изучение возрастных изменений функциональных показателей организма у юных спортсменов с разными латеральными фенотипами.
Степень научной разработанности темы. В литературе представлены данные о проявлении асимметрии в различных видах спорта (Аганянц Е.К. и др., 2004; Фомина Е.В., 2006а; Бакуменко С.А., Бугаец Я.Е., 2007; Бердичевская Е.М., Гронская А.С., 2009; Моттагиталаб М., Масуми Ш., 2013 и др.). Так, например, среди занимающихся ситуационными видами спорта, для которых характерен прямой контакт между соперниками, или связанных с конкурентоспособной деятельностью рук, наибольших успехов достигают левши (Grouious G. et al., 2000). Согласно данным Е.М. Бердичевской, А.С. Гронской (2009) более успешными спортсменами, занимающимися настольным теннисом, являются спортсмены с доминированием левой руки. Симметрия/асимметрия в спорте является важным фактором адаптации (Чермит К.Д. и др., 2014). Несмотря на достаточно большое количество работ по двигательной асимметрии в спорте (Балкарова Е.О., Блюм Ю.Е., 2008; Бердичевская Е.М., 2004; Замчий Т.П. и др., 2014; Брюханов Д.А., Корнилов Ю.П., 2014; Иванов О.И. и др., 2012; Костюченко В.Ф. и др., 2008; Москвин В.А., Москвина Н.В., 2015; Моттагиталаб М., Масуми Ш., 2013 и др.), остается недоказанным факт влияния сенсорной асимметрии на успешность в данном виде спорта. Единичные работы в этой области исследования доказывают взаимосвязь сенсорных и двигательных асимметрий в спорте. Так, при исследовании биоэлектрической активности головного мозга в динамике в условиях спортивных нагрузок у спортсменов с лево- и правосторонней зрительной преференцией установлены различия: в отличие от спортсменов с правосторонней зрительной преференцией у имеющих доминирующий левый глаз спортсменов происходит значимая перестройка активации полушарий (Фомина Е.В., 2006). Это доказывает, что сенсорные асимметрии участвуют в адаптации к спортивной деятельности (Бердичевская Е.М., 2004; Фомина Е.В., 2006). Важность
изучения данного вопроса определена тем, что высокая результативность в большинстве видов спорта зависит, в том числе, и от скорости зрительно-моторной реакции. При этом большинство работ в области исследования сенсомоторного реагирования, так и других психофизиологических показателей, получены при обследовании взрослых спортсменов. Поэтому актуальным является исследование у юных спортсменов динамических изменений адаптивных перестроек функционального состояния мозга, координационных взаимоотношений мышц и сенсомоторных реакций, поскольку современный спорт предъявляет все более высокие требования к их функциональным возможностям начинающих спортсменов (Беленко И.С., 2009; Кондратенкова Е.А. и др., 2013). Особую значимость представляет изучение динамических изменений сенсомоторной асимметрии у юных спортсменов, занимающихся асимметричными видами спорта, к которым относят настольный теннис (Клестов В.В., Белозерова Л.М., 2012). Это высокодинамичный и сложно-координированный вид спорта, отличительной особенностью которого является зрительно-моторная координация, т.е. для данного вида спорта крайне важна реакция на зрительный раздражитель (Барчукова Г.В. и др., 2006). Однако работ, посвященных исследованию динамических свойств сенсомоторной асимметрии у юных спортсменов, занимающихся настольным теннисом, на данный момент нет. Проведение комплексного изучения функциональных показателей, отражающих динамические свойства сенсомоторной асимметрии, может способствовать повышению уровня знаний о роли индивидуального профиля асимметрии в оптимизации форм и содержания двигательной активности юных теннисистов.
Предмет исследования: адаптация юных спортсменов к длительным занятиям теннисом.
Объект исследования: механизмы, лежащие в основе динамических свойств функциональной межполушарной асимметрии при адаптации к спорту.
Гипотеза исследования заключается в предположении о том, что успешное осуществление церебральных функций при адаптации к длительным занятиям настольным теннисом у юного спортсмена происходит в условиях снижения стабильности динамических характеристик функциональной межполушарной асимметрии. На адаптацию к спорту влияют не только динамические изменения моторных, но и сенсорных асимметрий.
Цель работы: выявить нейрофизиологические и моторные критерии динамических свойств функциональной межполушарной асимметрии мозга у юных спортсменов, занимающихся настольным теннисом.
Задачи исследования:
1. Выявить влияние занятий настольным теннисом на степень асимметрии сенсомоторных признаков у юных спортсменов разного возраста;
-
Сравнить показатели биоэлектрической активности мозга и выявить нейрофизиологические критерии динамических свойств межполушарной асимметрии у юных спортсменов, имеющих разные коэффициенты асимметрии сенсомоторных признаков;
-
Изучить влияние занятий настольным теннисом на показатели сложной зрительно-моторной реакции у юных спортсменов разного возраста;
-
Выявить моторные критерии динамических свойств межполушарной асимметрии у юных теннисистов разного возраста и определить влияние сенсорных асимметрий на координационные качества мышц рук у юных спортсменов.
Теоретико-методологическая основа исследования.
Теоретической основой исследования явились:
- современные представления о пространственной организации мозговых процессов,
лежащей в основе функциональных латерализаций (Buckner R.L., Bullmore Е. et al., 2009; Dubois
J. et al., 2009; Jung Р. et al., 2009; Reddon A.R. et al., 2009; Dadda М. et al., 2010; Gutiйrrez-Ibбсez С.
et al., 2011; Bishop D.V., 2013; Cai Q. et al., 2013; Krienen F.M., 2013; Николаева Е.И., 2015;
Боголепова И.Н. и др., 2017 и др.);
- данные о генетически детерминированном формировании асимметрии мозга (Corballis
M.C., 2009; Николаева Е.И., Вергунов Е.Г., 2017), влиянии средовых факторов на становление
межполушарной асимметрии (Gurd J.M., 2006; Laland K.N., 2008), а также сочетанном влиянии
генетических и средовых факторов на асимметрию мозга (Francks С. et al., 2007; Scerri T.S. et al.,
2011 и др.);
- представления о динамических свойствах межполушарной асимметрии мозга: о
становлении функциональных мозговых асимметрий в онтогенезе (Безруких М.М., Хрянин А.В.,
2004; Николаева Е.И., Борисенкова Е.Ю., 2008; Чуприков А.П., Гнамюк P.M., 2009; Бердичевская
Е.М. и др., 2011 и др.);
- представления о роли моторных (Доброхотова, Брагина, 2004; Гутник Б., Кобрин В.И.,
2007; Bezrukikh M.M., Verba A.S., 2007) и сенсорных асимметрий в спорте (Yarrow К. et al., 2009;
Loffing F. et al., 2015);
- представления о спортивном латерострессе (Чермит К.Д. и др., 2014).
Методологической основой исследования явились:
оценка сенсорных и моторных асимметрий (Annet M., Kilshow D., 1982; Брагина Н.М., Доброхотова Т.А., 1988; Леутин В.П., Николаева Е.И., 1988; Вильдавский В.Ю., Князева М.Г., 1989; Лурия А.Р., 2003);
представления о взаимосвязи кортикальных процессов со зрительно-моторным
реагированием (Cohen-Cory S., Lom B., 2004; Ruthazer E.S., Cline H.T., 2004; Yarrow К. et al., 2009; Loffing F. et al., 2012) и возможным влиянием данных процессов на механические свойства мышц (Гутник Б., Кобрин В.И., 2007): регистрировали суммарную биоэлектрическую активность мозга (Кирой В.Н., 2003), миограмму мышц верхних конечностей и сложную зрительно-моторную реакцию для оценки результата длительной адаптации к занятиям настольным теннисом. Научная новизна исследования. Впервые показано:
у юных теннисистов сенсомоторные показатели отличаются относительно мальчиков, не посещающих спортивные секции, особенно в подростковом возрасте: у спортсменов наиболее интенсивно повышается уровень сенсомоторного реагирования. После длительных занятий спортом значения коэффициентов асимметрии снижаются у левшей и правшей с леволатеральным предпочтением сенсорных признаков наиболее значимо к подростковому возрасту.
в состоянии спокойного бодрствования у юных теннисистов с возрастом увеличивается асимметрия -ритма в затылочных областях в средне- и высокочастотном диапазонах, особенно, у правшей.
- систематические занятия настольным теннисом влияют на когерентности ЭЭГ в -
диапазоне: способствуют усилению левополушарной когерентности у правшей, а у левшей - в
обоих полушариях (с предпочтением в правом полушарии) относительно мальчиков, не
занимающихся в спортивных секциях.
- у правшей с разным предпочтением сенсорных признаков, занимающихся настольным
теннисом, изменения координационных взаимоотношений мышц рук связаны с латеральным
фенотипом; у левшей при адаптации к занятиям настольным теннисом данные показатели
изменяются более выражено по сравнению со спортсменами-правшами.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в расширении представлений о роли функциональной межполушарной асимметрии в адаптационных реакциях организма, представлений о динамических изменениях моторных и сенсорных признаков под влиянием занятий настольным теннисом, о влиянии занятий асимметричным видом спорта на нейрофизиологические показатели, характеризующие межполушарные взаимоотношения, и на показатели зрительно-моторного реагирования и координационных взаимоотношений рук у юных теннисистов разного возраста.
Выявленные закономерности изменений функциональных показателей у юных теннисистов могут послужить теоретическим обоснованием для дальнейших исследований физиологических
механизмов различий адаптации к спортивной деятельности у детей разного возраста, а также оптимизации научно-обоснованного спортивного отбора.
Полученные результаты используются в учебном процессе для преподавания курсов «Возрастная физиология», «Спортивная физиология», в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Южный федеральный университет», при разработке программы дополнительного образования по физической культуре для обучающихся МБОУ г. Ростова-на-Дону «Школа № 10», а также в учебно-тренировочном процессе теннисистов для улучшения качества профессионального отбора спортсменов и повышения эффективности занятий по настольному теннису МБУ ДО «Детская спортивная школа № 12 г. Ростова-на-Дону».
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Данное исследование соответствует следующим областям исследования паспорта специальности 03.03.01 -физиология: исследование механизмов сенсорного восприятия и организации движений (п. 4).; исследование динамики физиологических процессов на всех стадиях развития организма (п. 5); изучение физиологических механизмов адаптации человека к различным географическим, экологическим, трудовыми социальным условиям (п. 8).
Методы исследования.
В обследовании приняли участие 211 мальчиков 8-16-летнего возраста (разделенных на 3 возрастные группы: 1 – 8-10 лет; 2 – 11-13 лет; 3 – 14-16 лет), посещавших секцию настольного тенниса. 1-е обследование юных теннисистов проводили в среднем через 0,5 года после начала занятий в секции (соответственно, в 8-10 лет; 2 – 11-13 лет; 3 – 14-16 лет); спустя 1 год проводили 2-е обследование. Контрольную группу составили 251 мальчиков, не посещавших спортивные секции. У всех обследованных определяли индивидуальный профиль асимметрии (ИПА). По возрастному критерию и результатам определения ИПА мальчиков делили на группы. Частота встречаемости латеральных фенотипов в контрольных группах и у юных спортсменов различалась, особенно частота синестральных признаков у теннисистов старшей возрастной группы (табл. 1), что можно объяснить тем, что среди профессиональных теннисистов, согласно статистике около 40% левшей; имеющим синестральные признаки начинающим теннисистам также легче адаптироваться к данному виду спорта. Для определения возрастных особенностей изменения изучаемых показателей в контрольной группе мальчиков обследование проводили дважды (как и у теннисистов).
Таблица 1 Распределение латеральных фенотипов в контрольных группах и у юных спортсменов разного возраста (I – младшая возрастная группа; II – средняя возрастная группа; III – старшая
возрастная группа), %
Примечание: жирным шрифтом отмечены группы, вошедшие в обследование
В ходе обследования у мальчиков были выделены следующие латеральные фенотипы: 1) абсолютные левши (ЛЛЛЛ), 2) леволатеральный фенотип с ведущими правой ногой и правым ухом - ЛПЛП, 3) леволатеральный с ведущим правым глазом – ЛППЛ и ЛЛПЛ, 4) леворукие с правыми сенсорными асимметриями – ЛППП и ЛЛПП, 5) амбидекстры с различными сочетаниями сенсорных асимметрий - А, 6) праворукие с левыми сенсорными асимметриями -ППЛЛ, 7) праволатеральный с ведущим левым глазом - ППЛП, 8) праволатеральный с ведущим левым ухом - ПППЛ, 9) абсолютные правши - ПППП. Индивидуальный профиль асимметрии определяли с учетом сенсомоторных признаков функциональной асимметрии с использованием стандартизированных тестов (Annett, Kilshow, 1982; Брагина, Доброхотова, 1988). Рассчитывали коэффициент асимметрии для каждого парного органа (ведущая рука, ведущая нога, ведущий глаз, ведущее ухо) по следующей формуле: Ка=[(Хпр.-Хлев.)/(Хпр.+Хлев.)] * 100.
Индивидуальный профиль асимметрии (ИПА) определяли по формуле: Ка = [(Хпр. – Хлев.)/(Хпр.+ Хлев.+Хамб.)] * 100%, где, Х пр. – число тестов с преобладанием правой стороны, Хлев. - число тестов с преобладанием левой стороны, Хамб. – без преобладания.
У испытуемых регистрировали электроэнцефалограмму, миограмму мышц рук, определяли показатели сложной зрительно-моторной реакции. Регистрацию суммарной биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ) осуществляли с использованием компьютерного энцефалографа «Энцефалан 131-03» («Медиком МТД», г. Таганрог). ЭЭГ регистрировали монополярно, по системе «10-20» в 12 отведениях от пяти симметричных областей мозга: лобной, височной, центральной, теменной и затылочной (F3, F4, T3, T4, C3, C4, P3, P4, O1, O2) и от двух сагиттальных точек: центральной и теменной (Cz и Pz). Оценивали частотную асимметрию -ритма, поскольку существует представление о том, что у правшей в состоянии спокойного
бодрствования с закрытыми глазами выше спектральная мощность -ритма частотой 10 Гц в
затылочных областях правого полушария, а мощность низкочастотных и высокочастотных
компонентов -ритма превалирует в затылочных областях левого полушария (Шарова Е.В. и др.,
2009). Анализировали показатели дискретизации -ритма (8-9 Гц, 10-11 Гц, 11-13 Гц), а также
когерентность -ритма с частотой 10 Гц. Также изучали значения когерентности ЭЭГ в -
частотном диапазоне, поскольку известно, что у левшей существует меньшая латерализация и
большая диффузность реактивности когерентности -ритма по сравнению с правшами. С
использованием метода исследования уровня межполушарной асимметрии когерентности ЭЭГ в
-частотном диапазоне оценивают преобладание сочетанности биопотенциалов в доминантном
полушарии: у правшей уровни внутриполушарных когерентностей выше в левом полушарии, у
левшей – в правом (Жаворонкова Л.А., 2009). Регистрацию поверхностной ЭМГ Biceps brachii,
Triceps brachii, Flexor carpi ulnaris и Extensor carpi ulnaris правой и левой рук проводили на
скорости 50 мм в 1 секунду. Функциональное состояние мышечного аппарата у детей оценивали
с использованием метода поверхностной электромиографии на 4-канальном
нейромиоанализаторе НМА-4-01 «НЕЙРОМИАН» производства ООО «Медиком МТД» (г. Таганрог). Использовали 2 режима регистрации (покой и максимальное напряжение) и компьютерные количественные методы обработки электромиограмм для оценки адекватности активации мышц, координационных отношений мышц и анализа основных колебаний потенциалов; сравнивали коэффициенты адекватности (КА, усл.ед.), реципрокности (КР, усл.ед.) и синергии (КС, усл.ед.). Для изучения уровня сенсомоторного реагирования у использовали устройство психофизиологического тестирования УПФТ «Психофизиолог» - производство фирмы «Медиком МТД» (г. Таганрог). В качестве задания предъявляли 3-этапную сложную зрительно-моторную реакцию (СЗМР). Для статистического анализа результатов исследования использовали программу Statistica 6.5 (StatSoft Inc., США).
Положения, выносимые на защиту:
-
Длительные занятия настольным теннисом в детском и подростковом возрасте способствует проявлению динамических свойств функциональной межполушарной асимметрии мозга на уровне нейрофизиологических и моторных показателей.
-
Нейрофизиологическим критерием динамических свойств функциональной межполушарной асимметрии у юных спортсменов после длительных занятий настольным теннисом является усиление асимметрии альфа-ритмической активности в том числе, в высокочастотном диапазоне (11-13 Гц).
-
В подростковом возрасте у спортсменов-левшей по сравнению с нетренированными левшами усиливается асимметрия когерентности ЭЭГ в -диапазоне.
-
Моторными критериями динамических свойств межполушарной асимметрии являются возрастные изменения показателей координационных взаимоотношений мышц рук у юных теннисистов с разным предпочтением не только моторных, но и сенсорных признаков. Наиболее быстрая реакция на зрительный стимул наблюдается у юных спортсменов с левосторонними сенсорными предпочтениями.
Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность полученных результатов обеспечивается достаточным для статистического анализа количеством данных обследования, применением коэффициента Колмогорова-Смирнова для проверки на нормальность распределения данных и сравнения результатов исследования с использования параметрических и непараметрических критериев, а также применением корреляционного и дисперсионного анализа
Результаты исследования обсуждены на международной научно-практической конференции «Естественные и математические науки в современном мире» (Уфа, 2014); IX Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» (Белгород, 2015); VI Международной научно-практической конференции «Научные исследования: от теории к практике» (Чебоксары, 2015); VIII Международной научно-практической конференции «21 век: Фундаментальная наука и технологии» (North Charleston, USA, 2016); Международной научно-практической конференции «Новая наука: теоретический и практический взгляд» (Нижний Новгород, 2016).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в т.ч. 1 монография, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура работы. Текст диссертации изложен на 164 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методов исследования, главы описание результатов исследований, заключения, выводов и практических рекомендаций, списка литературы. Список литературы содержит 303 источника, из них 95 отечественных и 208 иностранных. Работа иллюстрирована 15 таблицами и 34 рисунками.