Обоснование методики коррекции свойств двигательных способностей человека с использованием биологической обратной связи по опорной реакции

Авторы:
  • Р. М. Гимазов
    БУ ВО ХМАО — ЮГРЫ «Сургутский государственный педагогический университет», Сургут, Россия
Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(3): 41-49
Просмотрено: 1013 Скачано: 84

Обоснование

В середине ХХ века Николай Александрович Бернштейн опубликовал свою авторскую концепцию построения движений человека [1]. До сих пор, за редким исключением, гениальные взгляды ученого остаются в своей теоретической части. Работникам здравоохранения и спорта приходится учитывать разрозненные, а иногда и противоречивые сведения о возникающих эффектах при удержании вертикальной стойки (О.В. Куб-ряк) [2]. Исследуя двигательную функцию человека с помощью компьютерной стабилометрии, проводя реабилитационную тренировку при стабилометрическом тренинге, необходимо ясно понимать и осознавать процесс построения движений при удержании вертикальной стойки. В научно-методической литературе возникающие при стабилотренинге явления и эффекты объясняются с самых различных позиций [3—6].

Нахождению взаимосвязи возникающих явлений при стабилотренинге с положениями многоуровневой концепции построения движений Н.А. Бернштейна уделяется недостаточное внимание.

Цель исследования — обосновать методики коррекции свойств двигательных способностей человека при стабилотренинге, основывающиеся на учете последовательно вовлекаемых уровней нервной системы в построение движений в играх с использованием биологической обратной связи по опорной реакции.

Материал и методы

Условия проведения

Данное исследование проводили на базе научной лаборатории проблем физического воспитания и этнопедагогики БУ ВО ХМАО — Югры «Сургутский государственный педагогический университет».

Дизайн исследования

Экспериментальное исследование с участием одной группы из 7 человек.

Критерии соответствия

Критерии включения:

— возраст 18—20 лет;

— наличие противопоказаний к повышенной физической нагрузке, включение в специальную медицинской группу (СМГ) по состоянию здоровья;

— наличие постуральной устойчивости, объективно подтвержденной при стабилометрическом обследовании.

Описание медицинского вмешательства

В группе проводили стабилотренинг с использованием биологической обратной связи по опорной реакции с помощью тренажера «Стабило-МБН» (комплекс стабилометрический компьютеризированный для диагностики состояния функции равновесия, заболеваний двигательной сферы и проведения активной реабилитации, произведенный ООО «Научно-медицинская фирма МБН», Москва), используя мультимедийную игру продолжительностью от 12 до 22 мин 2 раза в неделю. Методика регулирования физической нагрузки при стабилотренинге включала в себя следующую процедуру — предъявление скорости движений центра давления (ЦД) по осям Х и Y, которая была для студента выше (не более 20%) его текущего уровня функционирования свойств двигательных способностей таламопаллидарного уровня системы управления движениями. Стабилотренинг заканчивался по ухудшении самочувствия студента, при его усталости, нежелании продолжать игру. Для получения достоверных результатов все стабилометрические обследования проводили утром, в промежутке с 8 до 9 ч, чтобы на организм исследуемых не влияла дневная нагрузка.

Метод диагностики и оценки полученных результатов

Для объективной инструментальной оценки посту-ральной функции использовали компьютерную стабилометрию, включающую пробы Ромберга с открытыми и закрытыми глазами в европейской стойке (51 с). Оценку полученных результатов проводили на основе способа стабилометрического исследования мышечной координации при регуляции вертикальной стойки человека, изложенного в патенте на изобретение РФ № 2547991 [7].

Продолжительность исследования

Исследование проводили с марта по апрель 2015 г.

Этическая экспертиза

Экспериментальное исследование было одобрено кафедрой теории и методики физического воспитания БУ ВО ХМАО — Югры «Сургутский государственный педагогический университет» (протокол заседания от 20.10.14). Все студенты подписали доб-ровольное информированное согласие на участие в исследовании. Статистический анализ результатов исследования проводили в диалоговой системе STADIA версия 8 proofs for Windows для персонального компьютера. Данные представлены в виде cреднего значения переменной и стандартного отклонения выборки (хср±σ). В анализе данных применялся критерий согласия частот Z-статистика (равенство наблюдаемых частот появления двух событий), критерий смещения медиан W Вилкоксона (при сравнении зависимых выборок). Статистически значимыми считались различия при уровне значимости р<0,05. Визуализация данных представлена с помощью диалоговой системы STADIA и MO Excel 2016.

Результаты

Анализ концепции многоуровневого построения движений Н.А. Бернштейна (1947) и ее связь с построением движений в играх с биологической обратной связью по опорной реакции

Учет последовательно вовлекаемых уровней нервной системы в построение движений человека [8] и ее адаптация для анализа процессов построения движений, обеспечивающих постуральную функцию в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, позволяют развить существующие взгляды на связи между возникающими явлениями при стабилотренинге и положениями многоуровневой концепции построения движений Н.А. Бернштейна [1]. В учении Н.А. Бернштейна говорится, что самый верхний уровень построения движений приходится на уровень Е — уровень тончайших двигательных регулировок. Решение двигательных задач на этом уровне позволяет человеку демонстрировать свою высшую двигательную культуру построения движений. Но, как правило, виртуальная игровая деятельность запрограммирована разработчиком компьютерной игры и в ней нет места для двигательных проявлений такого рода.

Уровень D — это уровень регулирования действий, обеспечивающих достижение предметного результата с учетом временн’ых условий. Предметным результатом в играх с биологической обратной связью по опорной реакции являются призовые баллы, которые может набрать пациент за время стабилотренинга. Учет свойств двигательных способностей уровня D необходим в случаях привлечения к играм с биологической обратной связью по опорной реакции пациентов с нервно-психическими заболеваниями и расстройствами (неврозы, невростения, депрессивные состояния и др.), когда призовые баллы виртуальной игры выступают в качестве маркеров процесса реабилитации (лечения, коррекции состояния). Методические рекомендации по совершенствованию функционирования свойств двигательных способностей в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, подконтрольных нервному уровню D: если целенаправленно увеличивать или уменьшать скорость перемещения ЦД на первом (рабочем) мониторе врача в виртуальном мире, то для пациентов возникают новые временн’ые условия для принятия решений — развитие чувства времени. Увеличивая скорость перемещений ЦД для пациента, мы добиваемся кратного увеличения значений нервно-психического напряжения, что может являться тем процессом, который в контролируемых условиях может формировать у пациентов стрессоустойчивость к сбивающим факторам внешней среды.

Уровень С — уровень пространственного поля. Вовлекаемый в процесс построения движения пирамидно-стриальный уровень нервной системы решает задачи адекватности построения движения по его составу (подготовительная, основная и завершающая фазы), точности проявления в пространстве — необходимая «дифференциальность» создаваемого движения (по кинематическим, динамическим, энергетическим характеристикам, координатам) и ее стабильности в моторной части для постурологической устойчивости системы телодвижений и движений человека (темп, ритм движения, учет смещения центра тяжести тела и т. д.). Высокий уровень функционирования свойств двигательных способностей уровня С позволяет пациенту умело преодолевать возникающие препятствия (движимые и недвижимые) в виртуальной игре, что определяется отсутствием либо малым количеством штрафных баллов. Учет свойств двигательных способностей пирамидно-стриального уровня нервной системы при стабилотренинге в реабилитации пациентов с нервными заболеваниями и травмами опорно-двигательного аппарата может производиться врачом (инструктором) по лечебной физической культуре, например по динамике изменения количества штрафных баллов в виртуальной игре. Методические рекомендации по совершенствованию функционирования свойств двигательных способностей в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, подконтрольных нервному уровню С: если увеличивать либо уменьшать скорость перемещения ЦД по ординате и/или абсциссе, а также смещать нулевое значение ЦД в процессе игры, то можно воздействовать на точность выполняемых движений пациентов в виртуальной игре. Устраняя или предоставляя пациентам дополнительные точки опоры для создаваемых движений (поручни и т. д.) при стабилотренинге, врач целенаправленно может добиваться необходимой адекватности построения движений.

Уровень В — «уровень синергий и штампов» [1], воспринимающих текущую информацию от всего тела кроме раздражителей, предоставляемых зрением и слухом. Этот уровень нервной системы определяет состояние подготовленности нервно-мышечной системы решать следующие двигательные задачи: 1) согласование деятельности скелетных мышц друг с другом, что отражает мышечную синергию при построении движений, например при отклонениях туловища в сторону для того, чтобы «обойти» препятствие во время игры; 2) экономность через «включение—выключение» скелетных мышц в необходимый момент времени, что отражает кинестетическую чувствительность человека, его способность по условиям двигательной задачи тонко регулировать положение тела и/или движения тела (частей тела) для выполнения необходимых отклонений при внезапно возникающих препятствиях в виртуальной игре и достижения призовых баллов; 3) быстрота принятия нервной системой решений и отправка скелетным мышцам «дозы» нервных импульсов по частоте, амплитуде, напряжению по условиям двигательной задачи при построении движений для необходимой силы напряжения или релаксации, количеству вовлекаемых в работу мышц, фиксации суставного угла и т. д. (точные значения решения третьей двигательной задачи можно регистрировать способом, изложенным в патенте на изобретение РФ № 2547992). Основное воздействие при стабилотренинге сказывается на результатах решений двигательных задач уровня В «экономно», «согласованно», «быстро» при построении движений для удержания всего тела в вертикальной стойке. Для лабораторного обследования это удобно не только в целях проведения контроля, но и для выполнения процедур тем, что пациент не перемещается в пространстве, а стоит на месте, его покачивания регламентированы виртуальной игрой, ему не приходится решать дополнительные задачи (воздействие зрителей, соперников, учет погодных условий и т. д.). Это также удобно для воспроизводства результатов, потому что процедура стабилотренинга метрологически стандартизирована. Мысль о косвенной оценке успешности построения движений данным уровнем можно отслеживать либо по сумме штрафных и призовых баллов, либо по их соотношению друг с другом, это заслуживает внимания и требует дополнительных подтверждений. Точные значения функционирования свойств двигательных способностей таламо-паллидарного уровня (мышечной синергии и кинестетической чувствительности) можно регистрировать способом, изложенным в данной работе. Методические рекомендации по совершенствованию функционирования свойств двигательных способностей в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, подконтрольных нервному уровню В: для того чтобы повысить значения функционирования свойств двигательных способностей таламо-паллидарного уровня нервной системы во время стабилотренинга и таким образом добиться улучшения управляемости данным уровнем нервной системы телом человека, необходимо предъявлять физические нагрузки, немного превышающие его текущий уровень; для совершенствования — соответствующие уровню функционирования свойств двигательных способностей. Например, при выявлении по классификации проявления свойств двигательных способностей таламо-паллидарного уровня на уровне ниже среднего [9] следует организовывать нагрузки не выше среднего уровня, т. е. выставлять скорость перемещений ЦД, не превышая средний уровень по 10-балльной шкале.

Уровень, А — уровень тонуса и осанки. Решения данного уровня нервной системы соответствуют одной двигательной задаче, но масштабной и сложной. Главное, чтобы двигательные задачи решались максимально приспособительно к предстоящим задачам вышележащих уровней нервной системы. На этом уровне нервной системы в каждый момент времени для каждой степени свободы движений человека решаются уравнения с двумя неизвестными — расчет исходной длины каждой мышцы и определение ее состояния (водного и энергетического). Первая переменная связана с постоянными изменениями пассивной части опорно-двигательного аппарата в пространстве, а вторая — с произведенной ранее работой, чтобы с учетом этих данных создавалось напряжение в мышцах, которое необходимо по условиям двигательных задач вышележащих уровней нервной системы. Таким образом, свойство двигательных способностей руброспинального уровня нервной системы (мышечный тонус) — это не только характеристика вязко-упругих свойств мышечной ткани. Методические рекомендации по совершенствованию функционирования свойств двигательных способностей в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, подконтрольных нервному уровню А: как правило, общее время тренировки не превышает 10—20—30 мин в зависимости от состояния пациента, и в это время ему желательно не сходить со стабилометрической платформы. Но, чтобы снимать излишне возникающие напряжения в конечностях, рекомендуется периодически расслаблять мышцы во время стабилотренинга.

Основные результаты исследования

Для описания и качественного анализа результатов стабилотренинга стабилометрические показатели были разделены на пять групп в соответствии со способом получения числового значения при измерении (прямые, косвенные, совместные и совокупные) [10]. В 1-ю группу вошли стабилометрические показатели, получаемые при прямом измерении; 2-ю группу образовали производные от 1-й группы; 3-я группа представлена индексом устойчивости человека; 4-я группа состоит из показателя функции равновесия; 5-я (новая) группа стабилометрических показателей отражает составные части двигательной функции человека — порог кинестетической чувствительности и мышечную синергию.

После проведения серии занятий со студентами СМГ с использованием мультимедийных игр тренажера Стабило мы получили следующие результаты. Из 8 стабилометрических показателей 1—4-й групп (см. таблицу)

Динамика постуральной функции 7 студентов СМГ на фоне стабилотренинга Примечание. АХЧ — амплитудно-частотные характеристики; ПФР — показатели функции равновесия.
не обнаружены статистически значимые изменения смещения медиан при парном сравнении с помощью критерия W Вилкоксона (критические значения 4—24 при 7 степенях свободы) в пробе Ромберга с открытыми глазами. В пробе Ромберга с закрытыми глазами отмечаются статистически значимое улучшение значений стабильности вертикальной стойки, снижение скорости ЦД отдельно в сагиттальной плоскости и результирующей скорости ЦД.

В основе 5-й группы стабилометрических показателей лежат численные значения составляющих двигательной функции человека — свойств двигательных способностей таламопаллидарного уровня построения движений: кинестетической чувствительности и мышечной синергии. В пробе Ромберга с открытыми глазами отмечен положительный эффект в снижении значений порога кинестетической чувствительности в 1,5 раза по сравнению со средним значением до проведения стабилотренинга и в 1,8 раза увеличение значений мышечной синергии. В пробе Ромберга с закрытыми глазами отмечено статистически значимое увеличение значений мышечной синергии — 2-кратное увеличение среднего значения, но улучшения кинестетической чувствительности не обнаружено.

Визуализация данных, представленных на рис. 1 и 2,

Рис. 1. Показатели мышечной синергии в пробе Ромберга. 1 — глаза открыты до стабилотренинга; 2 — глаза открыты после стабилотренинга; 3 — глаза закрыты до стабилотренинга; 4 — глаза закрыты после стабилотренинга.
позволяет наглядно убедиться в индивидуализации адаптационных процессов нейродинамики у студентов СМГ построения движений, обеспечивающих посту-ральную функцию по значениям порога кинестетической чувствительности и мышечной синергии, смещению медиан в выборках до и после тренинга в играх с биологической обратной связью по опорной реакции.

Рис. 2. Показатели кинестетической чувствительности в пробе Ромберга. 1 — глаза открыты до стабилотренинга; 2 — глаза открыты после стабилотренинга; 3 — глаза закрыты до стабилотренинга; 4 — глаза закрыты после стабилотренинга.

Результаты распределения студентов СМГ по уровням мышечной синергии до и после стабилотренинга, зарегистрированным в пробе Ромберга с открытыми глазами, демонстрируют явный переход от низкого уровня к среднему (рис. 3).

Рис. 3. Распределение 7 студентов СМГ по уровням мышечной синергии в пробе Ромберга с открытыми глазами до и после стабилотренинга.

Если в начале эксперимента в пробе Ромберга с открытыми глазами уровень мышечной синергии у студентов СМГ находился на низком и ниже среднего уровнях у 6 человек и лишь у 1 студента — на среднем уровне, то в конце эксперимента эти показатели были сдвинуты в сторону среднего (n=3) и ниже среднего уровня (n=4). Изменение числа студентов по уровням мышечной синергии имеет статистически значимое различие в их распределении до и после эксперимента для низкого уровня (согласие частот Z= –2,605; р=0,009196).

Уровень мышечной синергии у студентов СМГ, определяемый в пробе Ромберга с закрытыми глазами, находился на среднем (n=2), ниже среднего (n=4) и низком (n=1) уровнях. В конце эксперимента уровень мышечной синергии значительно повысился: выше среднего уровня достигли 2 человека (согласие частот Z=2,291; р=0,02197), среднего — 3 (различия не обнаружены), у 1 был зарегистрирован уровень ниже среднего, и у 1 уровень снизился до значений ниже низкого (согласие частот Z=2,075; р=0,03796) (рис. 4).

Рис. 4. Распределение студентов СМГ по уровням мышечной синергии в пробе Ромберга с закрытыми глазами до и после стабилотренинга.

В пробе Ромберга с открытыми глазами кинестетическая чувствительность у 6 студентов СМГ находилась на уровне ниже низкого и у 1 студента — на низком уровне. В конце эксперимента уровень кинестетической чувствительности повысился: на уровне ниже низкого остались 3 человека (согласие частот Z= –2,231; р=0,0257), число студентов с низким уровнем увеличилось с 1 до 3 человек (согласие частот Z=1,775; р=0,07593), и у 1 был зарегистрирован уровень ниже среднего (согласие частот Z=2,075; р=0,03796) (рис. 5).

Рис. 5. Распределение студентов СМГ по уровням кинестетической чувствительности в пробе Ромберга с открытыми глазами до и после стабилотренинга.

Кинестетическая чувствительность у студентов СМГ, определяемая в пробе Ромберга с закрытыми глазами, в основном находилась на уровне ниже низкого (n=4), у 2 — на низком уровне и у 1 — на среднем уровне (рис. 6).

Рис. 6. Распределение студентов СМГ по уровням кинестетической чувствительности в пробе Ромберга с закрытыми глазами до и после стабилотренинга.

В конце эксперимента уровень кинестетической чувствительности повысился: на уровне ниже низкого остались 2 человека (согласие частот Z= –1,62; р=0,1052), число студентов со средним уровнем увеличилось с 1 до 3 человек (согласие частот Z=1,775; р=0,07593). Статистически значимые изменения произошли на низком и ниже среднего уровнях (согласие частот Z=2,291; р=0,02197), т. е. когда было выявлено 2 случая перехода с низкого уровня на уровень ниже среднего.

Нежелательные явления

Нежелательным явлением было снижение уровня мышечной синергии, зафиксированное у 1 студента в пробе Ромберга с закрытыми глазами после стабилотренинга. Анализ данного факта показал, что причиной стало невыполнение требований методических рекомендаций по совершенствованию функционирования свойств двигательных способностей в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, подконтрольных нервному уровню В, из-за превышения адаптационных возможностей у данного пациента предъявляемым нагрузкам во время стабилотренинга, что привело к снижению уровня мышечной синергии.

Обсуждение

Необходимо отметить, что теоретическая база построения движений, описывающая постуральную функцию в играх с биологической обратной связью по опорной реакции, целостно была сформирована позже проведенного стабилометрического тренинга. Ретроспективный анализ результатов находит свое теоретическое обоснование организации движений у пациентов во время стабилотренинга (что не совсем было возможно прежде), выявления и перечисления новых маркеров процесса реабилитации (лечения, коррекции состояния) двигательной функции. Теоретические положения экспериментально подтвердились в увеличении уровня функционирования кинестетической чувствительности и мышечной синергии у пациентов с наличием постуральной устойчивости, объективно подтвержденного при стабилометрическом обследовании. Использование принятых в настоящее время стабилометрических показателей, отражающих пространственно-временн'ые характеристики девиаций ЦД (1—3-я группа стабилометрических показателей), и даже функциональных показателей, таких как показатель функции равновесия (4-я группа стабилометрических показателей), не всегда могут дать ясное и полное представление об изменениях в двигательной функции, необходимых для сохранения вертикальной позы.

Заключение

Результаты исследования демонстрируют положительные изменения в уровне функционирования свойств двигательных способностей таламопаллидарного уровня построения движений. Хотя учет и определение характера изменения других свойств двигательных способностей на уровнях нервной системы не входили в задачи исследования, данные, изложенные в статье, предоставляют обоснование для методик коррекции свойств двигательных способностей человека при стабилотренинге. Учет последовательно вовлекаемых уровней нервной системы в построение движений в играх с использованием биологической обратной связи по опорной реакции позволил улучшить мышечную координацию как в глобальных (благодаря мышечной синергии), так и в региональных и локальных (благодаря кинестетической чувствительности) движениях по регуляции вертикальной стойки человека. Результаты исследования позволяют скорректировать методические подходы к проведению процедур стабилотренинга с использованием биологической обратной связи по опорной реакции в комплексных программах медицинской реабилитации пациентов с заболеваниями и травмами нервной системы, опорно-двигательного аппарата.

Дополнительная информация

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие конфликта интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

The author declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Гимазов Р.М. — к.п.н., доцент; https://orcid.org/0000-0001-5200-2321; e-mail: rmgi@mail.ru

Автор, ответственный за переписку:

Гимазов Ринат Маратович — https://orcid.org/0000-0001-5200-2321; e-mail: rmgi@mail.ru

Список литературы:

  1. Бернштейн Н.А. О построении движений. М.: Медгиз; 1947.
  2. Кубряк О.В. Стабилометрия, вертикальная поза человека в современных исследованиях: обзор. Б.м.: Издательские решения; 2016.
  3. Мельникова Е.А., Рудь И.М., Разумов А.Н. Прогностические факторы эффективности стабилотренинга у пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2018;95:4:10-16. https://doi.org/10.17116/kurort20189504110
  4. Скворцов Д.В. Стабилометрическое исследование. М.: Маска; 2010.
  5. Слива С.С. Биологическая обратная связь на основе методов и средств компьютерной стабилографии. Биоуправление-4: Теория и практика. Новосибирск. 2002.
  6. Усачев В.И., Мохов Д.Е. Стабилометрия в постурологии. Учебное пособие. СПб. 2004.
  7. Гимазов Р.М. Способ стабилометрического исследования мышечной координации при регуляции вертикальной стойки человека. Патент РФ на изобретение №2547991/10.04.2015. Бюл. №10. Доступно по: http://www.freepatent.ru/patents/2547991]
  8. Гимазов Р.М. Построение движений: от теории к практике. Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. 2018;9(2):8-10.
  9. Гимазов Р.М., Булатова Г.А. Уровни мышечной регуляции вертикальной позы у спортсменов. Вестник Сургутского государственного педагогического университета. 2015;1(34):205-209.
  10. Гимазов Р.М., Булатова Г.А. Биомеханический подход к классификации стабилометрических показателей. Ученые записки Университета им. П.Ф. Лесгафта. 2014;12(118):51-57.