Бюллетень экспериментальной биологии и медицины №4 2018 (2100,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

ISSN 03659615 Электронная версия ISSN 24131008 БЮЛЛЕТЕНЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ 2018 4

Стр.1

400 Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2018, Том 165, № 4 ФИЗИОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАОТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ БИОПОТЕНЦИАЛОВ МЫШЦ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ В.Г.Зилов, А.А.Хадарцев*, Л.К.Иляшенко**, В.В.Еськов***, И.А.Миненко ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М.Сеченова Минздрава России (Сеченовский Универ ситет), Москва; *ФГБОУ ВО Тульский государственный университет, Тула, РФ; **Сургутский институт нефти и газа — филиал ФГБОУ ВО Тюменского индустри ального университета, Сургут, РФ; ***ФБУ ВО Сургутский государственный уни верситет ХантыМансийского автономного округа — Югры, Сургут, РФ Изучали произвольные и непроизвольные движения с позиции новой теории хаоса— самоорганизации. Изучение особенностей организации теппинграмм и треморограмм в рамках гипотезы Н.А.Бернштейна о “повторении без повторений” приводит к эффекту Еськова—Зинченко. В этом случае отсутствует статистическая устойчивость для выборок параметров электромиограмм любых движений, получаемых подряд, т.е. fj вероятностью p≥0.97. В данной работе решена базовая проблема физиологии движений установления механизмов стохастической неустойчивости при анализе параметров электромиограмм мышц, находящихся в неизменном статическом усилии. Доказана статистическая неустойчивость электромиограмм в рамках эффекта Еськова—Зинченко. (xi)≠fj+1 (xi Ключевые слова: электромиограмма, неустойчивость, эффект Еськова—Зинченко, дина мика биопотенциалов, треморограмма и теппинграмма Гипотеза Н.А.Бернштейна о “повторении без по вторений” в биомеханике приобрела точные ко личественные интерпретации в эффекте Еськова— Зинченко [17]. Этот эффект обусловлен отсутст вием статистической повторяемости в биомеха нике и за последние 2530 лет детально изучен; разработаны методы математического моделиро вания треморограмм (ТМГ) и теппинграмм (ТПГ), получаемых у испытуемого в одном (неизменном) гомеостатическом состоянии [10,12]. Доказано, что при многократных сериях экспериментов (с одним испытуемым) по 15 выборок ТМГ или ТПГ в каж дой серии экспериментов (всего 15 серий, 225 вы борки для каждого испытуемого) статистическую устойчивость демонстрируют только небольшое число k пар выборок, которые можно отнести к од ной генеральной совокупности. В этом случае по лучить равенство для двух соседних (jй и j+1й) Адрес для корреспонденции: medins@tsu.tula.ru. Хадарцев А.А. выборок ТМГ или ТПГ, т.е. fj(xi мер выборки, крайне затруднительно. Вероятность статистического равенства со седних выборок xi а для ТПГ p2 )=fj+1 (xi ), где x — но для ТМГ имеет значение p1≤0.01, ≤0.05. Это крайне малые величины и они доказывают статистическую неустойчивость выборок xi ) с в биомеханике, получаемых подряд. Со временная физиология движений оперирует с уни кальными, единичными выборками, которые не возможно статистически повторить (данные имеют исторический, а не научный характер), и возникает проблема описания механизмов такой статисти ческой неустойчивости биомеханических систем. Поскольку любые движения определяются био электрической активностью мышц с помощью элект ромиограмм (ЭМГ), то возникает закономерный вопрос: имеется ли хаос в динамике ЭМГ, если мышца находится в стационарном состоянии? Цель данной работы — рассмотреть динамику ЭМГ, которая сопровождает каждое движение мышцы, находящейся в статистическом напряжении.

Стр.2

ФИЗИОЛОГИЯ 401 Очевидно, что биопотенциалы мышц являются ре зультатом управления со стороны нейросетей моз га (моторная зона коры), а организация любых дви жений без влияния ЦНС невозможна в принципе. Изучение ЭМГ — это первый шаг к пониманию особой (хаотической) работы мозга, высшей нерв ной деятельности, которая обеспечивает органи зацию движений, но особым (хаотическим) обра зом [814]. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проводили на 12 мужчинах (средний возраст — 26 лет), находившихся в спокойном со стоянии, сидя за столом. К отводящей мышце ми зинца правой руки прикрепляли биполярные хлор серебряные электроды и регистрировали ЭМГ с помощью электромиографа “НЕЙРОЭМГМикро” (“Нейрософт”) при развитии усилия сжатия кисти (регистрация усилий с помощью динамометра) в двух разных статических состояниях. Испытуемый задавал первоначальное усилие сжатия динамо метра F1 F2 =50 Н (удержание не менее t=3 с), а затем =100 Н (с тем же t=3 с). Регистрируемая ЭМГ квантовалась аналогоцифровым преобразовате лем (период квантования τ=0.25 мс) и записывалась в виде файлов в ЭВМ. Длительность записи каждо го файла 1 с, т.е. в каждом файле имелись не ме нее 4000 точек (параметров ЭМГ). Опыт повторяли для каждого испытуемого 15 раз и полученные вы борки ЭМГ попарно сравнивали по критерию Вил коксона p≤0.05 при различии выборок. По специ альной программе ЭВМ рассчитывала и строила 15 матриц парного сравнения выборок ЭМГ для каждого испытуемого первоначально (т.е. 15 раз) для F1 образом, каждый испытуемый представлялся в виде набора 15 матриц парного сравнения выборок ЭМГ для F1 =50 Н, а затем (15 раз) для F2 нения ЭМГ для F2 чалась в выявлении различий между этими двумя состояниями G1 G1 темы у всех 12 испытуемых. и при F2 и G2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Отметим, что эффект Еськова—Зинченко в био механике показывает отсутствие статистической устойчивости для получаемых подряд выборок ТМГ, являющихся условно непроизвольным дви жением, и ТПГ (условно произвольного движения). G2 , а затем в виде набора 15 матриц срав =200 Н. Серии экспериментов (из 30 таблиц) для каждого испытуемого обеспечивали проверку статистической устойчивости ЭМГ при двух состояниях гомеостаза нервномышечной сис темы: при F1 . Наша задача заклю для нервномышечной сис =100 Н. Таким При построении матриц парного сравнения выборок ТМГ из 105 независимых пар сравнения выборок мы получали всего k1 больше k1 =4 пары, которые можно бы ≈15, что почти в 4 раза было отнести к одной генеральной совокупности. Для ТПГ эта величина k2 , но это крайне низкие значения, которые доказывают отсутствие статистической устой чивости выборок ТМГ и ТПГ [2,49,14]. Построение 15 матриц парного сравнения вы борок ЭМГ для каждого из 12 испытуемых в режи ме удержания динамометра (при слабом усилии в F1 ЭМГ (статистически одинаковых), которые несколь ко больше, чем число k1 =50 Н) показало число k3 лен в таблице 1, где это число k3 из всех 180 серий при F1 пар сравнения выборок для ТМГ. Пример представ ). Это доказывает стати =9 (это одна серия стическую неустойчивость выборок и для ЭМГ. Одновременно такие данные доказывают факт хаотической неустойчивости в организации гене рации интерференционных ЭМГ. Тогда становится очевидным и хаос самих движений (если ЭМГ ге нерируются хаотически) в неизменном гомеостазе. Возникает закономерный вопрос: как тогда вообще работать с биопотенциалами мышц, если выборки ЭМГ хаотически изменяются, но при этом нервномышечная система находится в неизменном состоянии, испытуемый удерживает динамометр в одном положении — F1 =50 Н? Подчеркнем, что та кой же статистический хаос (неустойчивость выбо рок) мы регистрируем не только для нативных ЭМГ, но и для их спектральных плотностей сигнала, авто корреляций A(t) (анализ спектральных плотностей сигналов и A(t) [2,5,1014]. Одновременно возникает и другая проблема: как регистрировать различия в гомеостазе нервно мышечных сил, если в одном (неизменном) гомео стазе G1 p>0.97 для ЭМГ в наших многочисленных расче тах), то предлагаем сравнивать матрицы (подобные таблицам 1 и 2), полученные при различных гомео стазах G1 мы имеем хаотическое распределение статистических функций выборок ЭМГ f(x). Если мы не можем подряд произвольно получить совпа дение двух выборок (т.е. fj (xi )≠fj+1 такой матрицы (тот же испытуемый), но при F2 (т.е. имеем G2). Очевидно, что число k2 и G2 и в G2 (табл. 2). (xi ) с вероятностью . В таблице 2 представлен пример =100 Н венно отличается от k1=9. Именно различие (k2 =20 сущест >k1 (табл. 1) ) показывает и различие в гомеостазе НМС одного и того же испытуемого, находящегося в G1 Для ЭМГ мы имеем аналогичную статистичес кую неустойчивость выборок параметров xi , как и в биомеханике для тремора и теппинга [1014]. Эта неустойчивость показывает ограничения на при менение стохастики в изучении биопотенциалов

Стр.3