Влияние локального охлаждения на параметры интерференционной электромиограммы человека в различные сезоны года

Климатические условия Севера Российской Федерации оказывают значительное влияние на состояние здоровья человека и функционирование его физиологических систем. Одним из наиболее значимых факторов окружающей среды является низкая температура, воздействие которой вызывает выраженные адаптационные реакции организма. Особенно актуальна проблема влияния холода на нервно-мышечную систему, поскольку именно она обеспечивает поддержание двигательной активности и адаптацию к изменяющимся условиям среды.

Для северных регионов характерны продолжительные периоды низких температур, высокая влажность воздуха, резкие перепады атмосферного давления и выраженные сезонные изменения климатических факторов. В условиях постоянного воздействия холода организм человека функционирует в режиме повышенного напряжения, направленного на поддержание температурного гомеостаза. Длительное действие неблагоприятных климатических факторов приводит к изменению функционального состояния сердечно-сосудистой и нервно-мышечной систем, а также к снижению адаптационных резервов организма.

Современные методы электромиографии позволяют оценивать состояние нервно-мышечной системы по параметрам биоэлектрической активности мышц. Интерференционная электромиограмма отражает суммарную активность двигательных единиц и является информативным методом исследования процессов возбуждения и проведения импульсов в мышечной ткани. Особый интерес представляет применение нелинейных методов анализа, позволяющих оценивать хаотичность, сложность и степень самоорганизации биологических сигналов.

Целью настоящего исследования стало выявление особенностей динамики параметров поверхностных интерференционных электромиограмм мышц человека в условиях локального охлаждения в разные сезоны года.

Исследование проводилось на базе научно-исследовательской лаборатории функциональных систем организма человека на Севере РФ при Сургутском государственном университете. В эксперименте приняли участие 10 практически здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 24 лет: 5 мужчин и 5 женщин.

Критериями включения являлись отсутствие хронических заболеваний, жалоб на состояние здоровья и наличие добровольного согласия на участие в исследовании. Все обследования проводились в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации.

Регистрация поверхностной интерференционной электромиограммы осуществлялась с помощью биофизического измерительного комплекса. Электроды накладывались на область гипотенара кисти. Испытуемые выполняли изометрическое сокращение мышцы с усилием 10 даН в течение 20 секунд.

Во второй части эксперимента проводилось локальное холодовое воздействие: кисть испытуемого помещалась в воду температурой +3 °С на одну минуту, после чего повторно регистрировались параметры иЭМГ.

Для анализа использовались как линейные, так и нелинейные параметры сигнала. К линейным параметрам относились амплитуда и средняя частота спектра иЭМГ. Нелинейный анализ включал определение:

• фрактальной размерности (D);
• корреляционной размерности (Dc);
• корреляционной энтропии (K2).

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программ «Excel MS Office» и «Statistica 6.1». В связи с отсутствием нормального распределения использовались методы непараметрической статистики, в частности критерий Вилкоксона. Статистически значимыми считались различия при p < 0,05.

Результаты исследования и обсуждение

Анализ полученных данных показал, что локальное охлаждение вызывает выраженные изменения параметров биоэлектрической активности мышц. Наиболее существенные изменения наблюдались в нелинейных характеристиках иЭМГ, отражающих сложность и степень хаотичности биологического сигнала.

Установлено, что в весенний период значения корреляционной размерности и корреляционной энтропии были статистически значимо ниже по сравнению с осенним периодом.

Рис. 1. График изменения корреляционной размерности (Dc)

Снижение корреляционной размерности свидетельствует об уменьшении сложности функционирования нервно-мышечной системы и сокращении числа факторов, определяющих её активность. Одновременно снижение корреляционной энтропии указывает на уменьшение хаотичности сигнала и рост его предсказуемости.

Рис. 2. График «Корреляционная энтропия (K2) по сезонам»

Полученные результаты могут свидетельствовать о сезонных изменениях адаптационных возможностей организма человека. Осенью нервно-мышечная система демонстрирует более высокий уровень вариативности и сложности биоэлектрических процессов, тогда как весной наблюдается снижение функциональных резервов, связанное с длительным воздействием неблагоприятных климатических факторов зимнего периода.

Локальное охлаждение вызывало изменение амплитудно-частотных характеристик иЭМГ, что связано с изменением скорости проведения возбуждения по нервным и мышечным волокнам. Известно, что снижение температуры тканей приводит к замедлению обменных процессов, уменьшению скорости нервно-мышечной передачи и изменению активности двигательных единиц.

Рис. 3. График изменения амплитуды интерференционной ЭМГ

Нелинейные методы анализа показали высокую чувствительность к изменениям функционального состояния нервно-мышечной системы. Фрактальная размерность, корреляционная размерность и корреляционная энтропия позволяют оценивать не только количественные, но и качественные характеристики биоэлектрического сигнала. Это делает данные показатели перспективными для оценки адаптационных процессов организма в условиях холодового воздействия.

Результаты исследования подтверждают, что организм человека, проживающего в условиях Севера, функционирует в условиях постоянного напряжения адаптационных механизмов. Воздействие низких температур вызывает перестройку деятельности функциональных систем организма, в том числе нервно-мышечной системы, что отражается в параметрах электромиограммы.

Проведённое исследование позволило выявить особенности изменения параметров поверхностной интерференционной электромиограммы человека в условиях локального холодового воздействия в различные сезоны года.

Установлено, что локальное охлаждение оказывает значительное влияние на биоэлектрическую активность мышц и сопровождается изменением как линейных, так и нелинейных параметров иЭМГ. Наиболее информативными оказались показатели корреляционной размерности и корреляционной энтропии, отражающие степень сложности и хаотичности функционирования нервно-мышечной системы.

Выявленные сезонные различия свидетельствуют о том, что весной наблюдается снижение функциональных резервов организма и уменьшение адаптационных возможностей нервно-мышечной системы по сравнению с осенним периодом.

Таким образом, использование методов нелинейного анализа электромиографических сигналов является перспективным направлением изучения адаптационных процессов организма человека в условиях воздействия неблагоприятных климатических факторов Севера.