Введение к работе
Актуальность проблемы. Организм человека представляет собой сложно организованную иерархическую многофункциональную систему, которая обеспечивает различные регуляторные процессы жизнедеятельности, как в норме, так и в условиях патологии. Эта концепция продолжает развиваться и совершенствоваться на принципах гомеостаза и гомеокинеза в живой и косной природе (П.Д. Горизонтов, 1981; Ю.М. Горских, В.В. Скупченко, 1991-1996, А.А. Хадарцев, 2000-2007). Гомеостаз организма обеспечивается путем муль-типараметрической регуляции, не требующей устойчивости каждого отдельно взятого параметра системы. Между тем, только скоординированная работа всех функциональных систем организма человека в норме и при патологии обеспечивает гомеостаз и поддержание всех жизненных функций (К.В. Судаков, Н.А. Фудин, В.Г. Зилов, 1969-2007). Становление гомеостатических механизмов, их тонкое сопряжение и специфическая интеграция в ряду эволюции животных и человека, осуществляемая по принципу функциональной системы (П.К. Анохин, 1975), обеспечивает в наиболее общей форме полезный приспособительный результат в виде локомоторной (физической) активности. При патологических изменениях система регуляции гомеостаза преобразуется в цепь патогенеза конкретного заболевания, сопровождающуюся характерными изменениями архитектуры функциональных систем организма и соответствующим изменением паттерна физической активности (ФА). Такой кибернетический подход в изучении процессов патогенеза базируется на представлениях о нарушении баланса в центральных регуляторных кластерах мозга и нервной системы в целом, ответственных за общую регуляцию функциональных систем организма (В.В. Скупченко, 1989; 1996,. В.М. Еськов, 1993-2007).
Снижение физической активности человека - явление повсеместное и неблагоприятное (В.К. Бальсевич, 2002). С учетом сезонности ФА во многом определяет успешность адаптации к условиям окружающей среды. Низкая ФА вызывает снижение степени синергизма, сужение интервалов устойчивости биологических динамических систем, что способствует уходу в глубокую тоническую фазу показателей фазатона мозга (В.В. Скупченко, В.М. Еськов, А.А. Хадарцев и др., 1991-2007). В то же время ФА умеренной и высокой интенсивности снижает риск возникновения гипертонии и инфаркта миокарда (S.G. Wannammethee, A.G. Shaper, 2001; N. Nakanishi, К. Suzuki, 2005), рака груди и толстой кишки (Т. Kuroishi, S. Tominaga, 2001; F. Lagra et al., 2004), диабета II типа (F.B. Hu et al., 2000), ожирения, остеопороза и депрессивных состояний (Е.Г. Старостина, А.В. Древаль, 2001; A. Devine et al., 2004; P.А. Eiken et al., 2005), способствует снижению массы тела и повышению минерализации костей (К. Brooke-Wavell, 2000), снятию стресса, улучшению настроения и повышению работоспособности (S.A. Adams et al., 2005).
Особое значение проблема низкой физической активности имеет для урбанизированных северных территорий РФ и, в частности Ханты-Мансийского
автономного округа - Югры (ХМАО-Югры), население которого испытывает на себе мощный прессинг комплекса влияний, включающий неизбегаемые факторы окружающей среды (суровые природно-климатические условия, неблагоприятную экологию, сложный социум). В этой связи, на фоне повсеместного (глобального) спада физической активности, ее снижение на Севере носит поистине драматический характер.
С позиций детерминизма физическая активность человека обусловлена наследственностью. Действительно, после успешной реализации многолетней международной программы «Геном человека» появилась возможность выявить гены, тесно ассоциированные с формированием, развитием и проявлением различных физических качеств человека. Выявление ассоциированного наследия двигательных качеств и наследственно устойчивых признаков, маркирующих индивидуальную конституцию и физическую активность человека, возможно на основе анализа полиморфизма специфических генов с использованием ДНК-технологий. Характерной особенностью молекулярной генетики физической активности, основанной на данных о молекулярной структуре генома человека, является ее индивидуальный характер.
С позиций теории хаоса и синергетики физическая активность человека является сложной биосоциальной системой с хаотической динамикой поведения. Ее коррекция до уровня, обеспечивающего безопасное проживание человека на Севере, вполне возможна на основе системного анализа, теории хаоса и синергетики. Саногенные и патогенные реакции могут быть наиболее полно описаны в рамках современного компартментно - кластерного подхода с использованием конструктов транстеоретической модели изменения поведения. Однако, несмотря на важность этой проблемы для урбанизированных территорий Сибирского Севера РФ, системный анализ признаков, характеризующих физическую активность и связанные с ней функциональные системы организма людей, постоянно проживающих в неблагоприятных условиях Севера с позиций единства нейромоторного, нейротрансмиттерного и нейровегетативного системокомплексов до сих пор подробно не проводился.
В связи с вышеизложенным определение параметров порядка и минимальной размерности фазового пространства состояний физической активности человека и взаимосвязанных с ней функциональных систем организма представляет собой актуальную проблему биомедицинской кибернетики.
Цель исследования. На основе системного анализа, теории хаоса и синергетики с использованием математических, поведенческих моделей и новых методов обработки информации (идентификации главных, определяющих характеристик параметров вектора состояний организма человека - ВСОЧ) исследовать эффекты внешних управляющих воздействий, приемлемых для осуществления коррекции физически низкоактивного поведения различных категорий населения, постоянно проживающего на территории ХМАО-Югры.
Задачи исследования
-
Провести анализ существующих подходов и методов идентификации параметров порядка различных состояний физической активности человека и обосновать целесообразность применения наиболее эффективных из них для коррекции низкой физической активности в условиях ХМАО-Югры.
-
Разработать алгоритмы идентификации размеров аттракторов поведения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве функциональных признаков, представляющих здоровье и повседневную физическую активность человека.
-
Осуществить идентификацию системно значимых количественных показателей физической активности человека, физического развития, физической подготовленности и функционального состояния организма различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры с учетом параметров фазового пространства, в котором находится ВСОЧ.
-
Исследовать факторы здоровья и их взаимосвязи с состоянием вегетативного статуса различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры на основе теории фазатона мозга и компартментно-кластерного подхода.
-
Изучить эффекты внешних управляющих воздействий, разработанных на основе транстеоретической модели с позиций аттракторов фазовых состояний и нейросетевых методик, для коррекции низкой физической активности различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры.
Научная новизна работы. Впервые разработаны и апробированы алгоритмы идентификации параметров аттракторов движения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний для описания физической активности различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры.
На основе компартментно-кластерной теории биосистем (ККТБ) обоснованы методы идентификации параметров порядка диагностических признаков физической активности различной продолжительности и интенсивности, которые реализуются путем оценки размерности фазового пространства, данных нейросетевых технологий и переменных транстеоретической модели (ТТМ).
Впервые изучены показатели физического развития, физической подготовленности и функционального состояния организма с определением параметров порядка и размерности фазового пространства состояний (ФПС), продолжительности и интенсивности ФА человека, индекса массы тела, максимального потребления кислорода, баланса принятия решения, самоэффективности, показателей поведенческой и познавательной стратегий изменения физически низкоактивного поведения, составляющих кластеры изменений ФА различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры.
Исследовано состояние фазатона мозга как центрального регулятора ФСО и физической активности в условиях ХМАО-Югры и установлено, что хаотическая динамика ВСОЧ характеризуется доминированием низкочастотных характеристик показателей спектральной мощности сердечного ритма.
Это свидетельствует о снижении резервных возможностей адаптации и стрессовой устойчивости организма, которые независимо от возраста более выражены у мужчин по сравнению с женщинами.
Установлено, что баланс вегетативной нервной системы, оцениваемый по соотношению симпатического (СИМ) и парасимпатического (ПАР) отделов в условиях ХМАО-Югры характеризуется относительным преобладанием парасимпатических влияний, выраженность которых доминирует у индивидов с низкой физической активностью (НФА) по сравнению с лицами, демонстрирующими уровень ФА умеренной и высокой интенсивности и является отражением неспецифического компонента адаптационной реакции целостного организма при физических нагрузках. Впервые установлено, что динамика движения параметров ФСО в фазовом пространстве в условиях ХМАО-Югры характеризуется увеличением размеров аттрактора ВСОЧ (General V value) и увеличением общего показателя асимметрии (General asymmetry value гХ) у индивидов с низкой физической активностью, по сравнению с лицами, демонстрирующими ФА умеренной и высокой интенсивности. В пределах разрабатываемых новых подходов выявлена удовлетворительная эффективность внешних управляющих воздействий для коррекции НФА различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры.
Выявлена закономерность динамики анализируемых параметров физической активности и связанных с ней ФСО в процессе применения внешних управляющих воздействий. Эта закономерность характеризуется снижением меры хаотичности поведения ВСОЧ при повышении уровня физической активности от низкого к умеренному, что дает возможность количественно оценить степень эффективности применяемых управляющих воздействий с целью коррекции низкой физической активности.
Впервые в России доказана целесообразность применения конструктов транстеоретической модели для планирования, осуществления и интерпретации результатов внешних управляющих воздействий, проводимых с целью коррекции НФА различных категорий населения в условиях ХМАО-Югры.
Научно-практическое значение
Разработанные алгоритмы системного анализа и синтеза в рамках ТТМ и ККТБ, базирующиеся на анализе размерности фазового пространства и нейросетевых технологиях, дают возможность принципиально нового теоретического объяснения динамики ВСОЧ при ФА разной продолжительности и интенсивности в условиях ХМАО-Югры.
Разработанные на основе поведенческих теорий новые высоковалидные анкеты и опросники позволяют проводить научные изыскания, касающиеся физической активности на стыке биомедицинской кибернетики, психофизиологии, адаптивной и оздоровительной физической культуры и социологии с участием различных контингентов людей на индивидуальном и популяцион-ном уровнях.
Системные подходы и методы оценки и коррекции ФА в зависимости от фазического или тонического состояния фазатона мозга и стадии мотивацион-ной готовности обеспечивают получение объективной информации о текущем уровне физической активности индивидуума и позволяют прогнозировать уровень его ФА на ближайшую перспективу.
Предлагаемые модели внешних управляющих воздействий, разработанные на основе ККТБ и ТТМ, целесообразно использовать не только в средних и высших учебных заведениях для коррекции НФА учащихся и студентов, но и для других категорий населения по месту жительства. Применение конструктов ТТМ позволяет планировать, проводить, интерпретировать и прогнозировать результаты внешних управляющих воздействий с целью коррекции НФА и приобщения различных категорий населения к регулярным занятиям физическими упражнениями в условиях ХМАО-Югры.
Применение новых методов обработки информации (идентификация главных характеристик параметров ВСОЧ - параметров порядка) позволяет разрабатывать новые биосоциальные технологии (алгоритмы действия на основе установленных системных закономерностей), базирующиеся на методах системного анализа и синтеза с целью проведения коррекционных мероприятий по оптимизации уровня и структуры ФА различных категорий населения, постоянно проживающего в условиях ХМАО-Югры.
Внедрение результатов исследования Разработанные программы и методы идентификации параметров аттракторов и коэффициента асинергизма внедрены НИИ физиологии им. И.П. Павлова (г. С.-Петербург), ГУП НИИ новых медицинских технологий (г. Тула), ГОУ ВПО Томский государственный педуниверситет (г. Томск), ГОУ ВПО «Сургутский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа-Югры», а также в медицинскую практику Окружной больницы «Травматологический центр» (г. Сургут).
Апробация работы. Основные результаты работы представлены в период с 1996 по 2008 г.г. 36 докладами на 22 семинарах и конференциях международного, Всероссийского и регионального уровней, в том числе: кафедральных, факультетских семинарах и публичных лекциях Сургутского государственного университета, заседании Совета НИИ Биофизики и медицинской кибернетики при СурГУ (25.03.2008 г.). Материалы диссертации были доложены на VI, VII и XII Международных конгрессах «Олимпийский спорт и спорт для всех» (Варшава, 2002; Москва, 2003, Москва, 2008), Международном конгрессе «Спорт и здоровье» (СПб, 2003), Международном конгрессе «Здоровье, обучение, воспитание детей и молодежи в XXI веке» (Москва, 2004), Международных конференциях «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2000, 2002), «Совершенствование системы физического воспитания, оздоровления детей, учащейся молодежи и других категорий населения» (Сургут, 2005), «Роль адаптивной физической культуры в
создании безбарьерной среды жизнедеятельности инвалидов» (Москва, 2007), Всероссийских конференциях «Совершенствование системы физического воспитания, спортивной тренировки и оздоровления различных категорий населения» (Сургут, 2000, 2002, 2004, 2005, 2006, 2007), «Дети России образованны и здоровы» (Москва, 2005; СПб, 2007; Москва, 2008), «Здоровье ребенка и пути его формирования и защиты» (Липецк, 2006), «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2006), Межрегиональной конференции «Клиническая психология и психотерапия: парадигмы, концепции, инструментарий в контексте актуальных проблем развития психологии в информационном обществе» (Сургут, 2006), Окружной конференции «Биоресурсы и природопользование в Ханты-Мансийском автономном округе: проблемы и решения» (Сургут, 2006). Работа апробирована на заседании Ученого совета НИИ Биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском государственном университете 04.04.2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано две монографии, три учебных пособия и 78 работ, в том числе, 23 статьи в журналах по списку ВАК, 55 в других журналах и научных сборниках, материалах республиканских, международных конференций и конгрессов. Перечень основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 255 страницах текста. Она выполнена традиционно и состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, 2-х глав, содержащих результаты собственных наблюдений, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа содержит 64 рисунка и 59 таблиц. Список литературы включает 399 наименований работ, из которых 210 на русском языке.
