WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Зубарева Екатерина Александровна

КОМПЛЕКСНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ У ЛОШАДЕЙ В УСЛОВИЯХ

ТРЕНИНГА И ИСПЫТАНИЙ

03.03.01 – физиология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата биологических наук

Казань 2012

Работа выполнена на кафедре анатомии, гистологии, физиологии и патологической анатомии ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина»

Научный руководитель:        Пьянов Владимир Дмитриевич

доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: Зеленов Юрий Никандрович

– доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии ФГБОУ ВПО "Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени

Н.Э. Баумана"

Ситдиков Фарит Габдулхакович

–доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии, физиологии и охраны здоровья человека Казанского (Приволжского) федерального университета

Ведущая организация:  ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «___» ________ 2012 г. в ____ часов ___ минут на заседании диссертационного совета Д-220.034.02 при ФГБОУ ВПО "Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана"

по адресу: 420074, Казань, Сибирский тракт, 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан «____»        __________ 2012 г.

и размещён на сайтах http://www.mon.gov.ru/ и //www.ksavm.senet.ru/

Учёный секретарь

диссертационного совета,

д.б.н., проф.                                                                                                                                                                Р.Я. Гильмутдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях высоких тренировочных и соревновательных нагрузок велика вероятность травматизма и заболеваний спортивных лошадей, что приводит не только к уменьшению шансов на победу на соревнованиях, но и к выбраковке породистых животных, на выращивание и подготовку которых затрачен труд большого числа людей.

В мировой практике тренинга лошадей актуальной является проблема правильного дозирования физической нагрузки и в связи с этим имеется необходимость в доступных, объективных и простых методиках и оборудовании для комплексной оценки функционального состояния лошадей в производственных условиях тренинга и испытаний.

Утомление является одной из важнейших проблем в любой области, так как оно является причиной многих заболеваний и дисфункций систем организма. Научные эксперименты по исследованию утомления животных (а именно у лошадей) проводятся с использованием высокоскоростной беговой дорожки при одновременной регистрации респираторных, кардиоваскулярных и метаболических ответов в процессе физической нагрузки и проведением биопсии мышцы (наиболее активной при определенной нагрузке) до и после этой нагрузки (R.J. Georg et al. 1999; D.R. Hoddson et al., 1994; C.M. Tyler et al., 1998; K. Schuback, 1999; K.W. Hinchcliff, R.J. Georg, A.J. Kaneps, 2008).

Но изучение физиологических процессов в лабораторных условиях ограничивает получение практически значимых результатов, так как отсутствует влияние на организм животного внешних факторов естественной обстановки, ощущение перемещения в пространстве и невозможность регистрировать физиологические сигналы при сложных движениях, например, при прыжке (Г.Г. Карлсен и др, 1973; А.А. Ласков, 1997).

Для получения наиболее достоверных данных о функциональном состоянии животного необходимо регистрировать комплекс физиологических показателей во время тренинга и испытаний с использованием неинвазивных, дешевых и простых в обращении методик и оборудования доступных каждому тренеру, спортсмену-коннику и ветеринарному врачу. Комплекс физиологических показателей функционального состояния лошади необходим для правильной организации тренировочных циклов и рационального распределения тренировочных нагрузок. Что повысит эффективность тренинга и поможет реализовать весь потенциал лошади.

Нами разработаны новые методики и оборудование для определения показателей функционального состояния органов тех систем организма лошади, которые чаще страдают (травмируются, перенапрягаются) во время физических нагрузок – это скелетные мышцы, суставы, сердце и лёгкие.

Исследование сердечной и дыхательной деятельности, а также применение метода гониометрии достаточно полно описано в литературе, но недостаточно данных о влиянии физической нагрузки на опорно-двигательный аппарат в естественных условиях тренинга, в частности на нервно-мышечный аппарат с использованием метода электромиографии (ЭМГ). Также отсутствуют данные о контроле состояния суставов по суставным звукам в условиях тренинга, определяемых с помощью метода артрофонографии (АФГ). Поэтому вопросам регистрации и анализа ЭМГ и АФГ уделено основное внимание в диссертационной работе.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой анатомии, гистологии, физиологии и патологической анатомии (№ Гос. регистрации 01.2001.03074).

Цель исследования: провести комплексное, оперативное и объективное определение некоторых физиологических параметров функционального состояния лошадей в полевых условиях тренинга и испытаний.

Задачи исследования:

  1. Выделить комплекс наиболее информативных физиологических параметров для оценки функционального состояния тренируемых лошадей;
  2. Для регистрации и анализа комплекса физиологических параметров разработать простые, информативные и оперативные (по времени) методики и доступное по стоимости оборудование (техническое задание на разработку и изготовление оборудования), применимые в полевых условиях тренинга и испытаний лошадей;
  3. Найти комплекс наиболее информативных показателей, характеризующих влияние физической нагрузки на функциональное состояние организма лошадей в процессе тренинга;
  4. Охарактеризовать степень активации двигательных единиц по ЭМГ статической и динамической работы мышцы до и после физической нагрузки (при утомлении);
  5. Дать физиологическое обоснование результатам анализа биоэлектрической активности мышц и суставных звуков до и после физической нагрузки.
  6. Создать предпосылки для разработки автоматической системы диагностики функционального состояния тренируемых лошадей.

Научная новизна работы. Впервые нами проводилась регистрация ЭМГ у лошадей через волосяной покров животного с помощью специально разработанных электродов (патент РФ на полезную модель № 81060 «Электроды для поверхностной электромиографии») и креплений для них. Регистрация ЭМГ осуществлялась непосредственно во время движения животного в полевых условиях (не лабораторных условиях) до, в процессе и после физической нагрузки. Разработана методика анализа ЭМГ-сигнала путем подсчёта частоты потенциалов действия двигательных единиц (ПДДЕ) по заданным уровням амплитуд для характеристики ПДДЕ мышечного сокращения при различном функциональном состоянии мышцы.

Впервые применена одновременная регистрация суставных звуков и объёмов движения сустава у лошадей для оценки функционального состояния суставов в производственных условиях (патент РФ на полезную модель № 109649 РФ «Устройство для исследования сустава конечности»), что позволило дифференцировать и идентифицировать суставные звуки в зависимости от угла сгибания и разгибания сустава и от фаз полного цикла шага.

Даны расшифровки ЭМГ локтевого разгибателя запястья и АФГ запястного сустава с точки зрения их анатомического строения, функционирования и функционального состояния (до и после физической нагрузки).

Разработана методика регистрации фонокардиографии (ФКГ) в шумной обстановке производственных условий. Показана необходимость одновременной регистрации ЭМГ, АФГ и кардио-респираторных показателей.

Теоретическая и практическая ценность работы. Данные, полученные в ходе экспериментов по определению функционального состояния опорно-двигательного аппарата у лошадей с помощью ЭМГ и АФГ, углубляют теоретические знания по данным вопросам.

Разработанные простые и надёжные методики регистрации и анализа комплекса физиологических показателей для оценки функционального состояния лошадей позволят использовать их для диагностики заболеваний, определения степени утомления и восстановления при тренинге. В частности, разработанные электроды для регистрации поверхностной ЭМГ через волосяной покров животного и методика ФКГ позволят проводить оценку процессов восстановления и утомления при циклической нагрузке с перерывами.

Комплексная оценка функционального состояния и синхронности работы скелетных мышц, лёгких, сердца и суставов послужат основой для обоснования, с точки зрения физиологии, эффективных методик тренировки лошадей. Что поможет тренеру быстро обучить лошадь экономичным движениям, оценить реакцию организма на возрастание физической нагрузки, определить степень утомления, восстановления и тренированности.

Материалы диссертации рекомендуются для использования в учебном процессе при чтении лекций и на практических занятиях по физиологии и клинической диагностике. Результаты разработок могут найти своё применение в практической ветеринарной диагностике.

Реализация результатов исследований. Основные материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедрах физиологии ОмГАУ им. П.А. Столыпина (Омск), УГАВМ (Троицк), ДальГАУ (Благовещенск), АГАУ (Барнаул), Тюменская ГСХА (Тюмень), КГАВМ им. Н.Э. Баумана (Казань),

ФГ заводская конюшня «Омская» с ипподромом (Омск), КУ ОО «Детско-юношеский конно-спортивный центр» (п. Омский).

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на ежегодных научно-практических конференциях ИВМ ОмГАУ им. П.А. Столыпина в период с 2008 – 2011 гг.; VI Сибирском физиологическом съезде СНГ (Барнаул, 2008 г.); XIV научной конференции, посвященной 90-летнему юбилею ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет»: «Научные инновации – аграрному производству» (Омск, 2008 г.); III Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность!» (Омск, 2010, 2011 гг.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы, перспективы и инновационные тенденции развития аграрной науки», посвящённой 85-летию со дня рождения члена-корреспондента РАСХН, д.в.н., профессора М. М. Джамбулатова, ДГСХА (Махачкала, 2010 г.) и V Международной научно-практической конференции молодых исследователей «Наука и молодёжь: новые идеи и решения», ВГСХА (Волгоград, 2011 г.).

Методические разработки проведены при поддержке гранта программы международного обмена студентов, аспирантов и преподавателей - Erasmus Mundus (IAMONET-RU) в университете Хоенхайм (University of Hohenheim) в городе Штутгарт (Германия) и в венском университете ветеринарной медицины (Австрия) в научно-исследовательской группе по изучению движений животных (Movement Science Group) с 01.04.2009 по 31.03.2010.

Результаты научно-исследовательской работы (её экономическая и коммерческая ценность) были апробированы на конкурсе У.М.Н.И.К. – работа вышла в финал.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе три статьи в журналах из перечня ВАК РФ и два патента на полезные модели.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Разработанные нами датчики, приёмы и методы поверхностной электромиографии, фонокардиографии, пневмографии, артрофонографии и электрогониометрии обеспечивают комплексное оперативное определение физиологического состояния органов и систем организма лошади.
  2. После физической нагрузки при шаге (динамической работе) в наибольшей степени частота импульсов электромиограммы увеличивается на уровне 50% от изоэлектрической линии; при поддержании позы (статической работе) частота импульсов уменьшается на уровне 12,5% от изоэлектрической линии. Увеличивается синхронная работа моторных (двигательных) единиц мышцы.
  3. Совместное применение артрофонографии и электрогониометрии гарантирует объективную оценку функционального состояния суставов у лошадей.
  4. Частота звуков запястных суставов зависит от анатомического строения сустава, его работы и функционального состояния.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов собственных исследований, результатов исследований, обсуждения результатов и заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Список литературы включает 206 источников, в том числе 114 иностранных. Диссертация содержит 8 таблиц, 49 рисунков.

  1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эксперименты по исследованию нервно-мышечного аппарата и суставов лошадей до и сразу же (через 1-3 мин) после физической нагрузки (тренинга высокой интенсивности), а также исследование сердечной и дыхательной систем в покое и при движении, проводились на базе конноспортивного клуба “Cor-De-Star” (ныне КУ «Омский областной детско-юношеский конно-спортивный центр»), расположенного в посёлке Омском. Данный клуб специализируется на конкуре и прокате лошадей.

Объектами исследования являлись 15 клинически здоровых конкурных лошадей полукровной породы, мерины 5-6 летнего возраста, массой 450-500 кг, высотой в холке 155±5 см, тренируемые и участвующие на соревнованиях. Содержание животных денниковое, на глинобитных полах с опилочной подстилкой. Кормление и поение лошадей 4 раза в день. В среднем на одно животное в сутки приходится 8 кг сена кострецового и 6 кг плющеного овса. Поение лошадей осуществляется водопроводной водой из вёдер. В каждом деннике имеется соль-лизунец.

Продолжительность тренинга составляет 1,5-2 часа в день. Тренинг лошадей проводится по следующей схеме: средняя нагрузка – понедельник, среда, пятница; высокая нагрузка – вторник, четверг; нет нагрузки или лёгкая нагрузка – суббота, воскресенье.

Исследования проводились в дни с высокой физической нагрузкой, когда тренинг осуществлялся по следующей схеме: шаг – 5 мин, рысь – 10 мин, галоп – 10 мин, преодоление препятствий – 20 мин, галоп – 5 мин, рысь – 5 мин, преодоление препятствий – 15 мин, рысь – 10 мин, шаг – 15 мин. Итого продолжительность тренинга составляла 1 ч 35 мин.

Температура окружающей среды при проведении опытов находилась в пределах 8-100, влажность – 65-70%, атмосферное давление – 743-745 мм.рт.ст.

Общая схема методик и оборудования для комплексной оценки функционального состояния лошадей, применяемых в настоящей научно-исследовательской работе, представлена на рис. 1.

Нами был разработан и собран на базе современного компьютерного оборудования, простой прибор для регистрации и анализа физиологических сигналов. Данный прибор состоит из ноутбука, например, миниатюрного ноутбука «LifeBook Fujitsu», интерфейсного блока, 2-х канального усилителя биоэлектрических сигналов скелетных мышц (УБК-75; коэффициент усиления – 10000 раз) и специально разработанного комплекта датчиков.

Определение функционального состояния нервно-мышечного аппарата у лошадей проводилось с помощью наиболее объективного и информативного метода – поверхностной ЭМГ. Для решения проблемы применения данного метода в производственных условиях, нами были разработаны специальные электроды (патент РФ на полезную модель № 81060 «Электроды для поверхностной электромиографии») и крепления для них. Использовались поверхностные электроды из нержавеющего сплава металла (стали, бронзы или латуни) следующих размеров: электроды шириной 10 мм и длинной 20 мм с межэлектродным расстоянием между центрами электродов 20 мм; электроды шириной 60 мм и длинной 15 мм, с регулируемым межэлектродным расстоянием от 18 до 37 мм; электроды шириной 1 мм и длинной 35 мм, с регулируемым межэлектродным расстоянием между центрами электродов от 10 до 40 мм (использовались межэлектродные расстояния 18 и 25 мм).

Рис. 1. Оборудование и методики для комплексной оценки

функционального состояния лошадей в полевых условиях тренинга

Разработанные нами электроды для регистрации поверхностной ЭМГ через волосяной покров животного (то есть без выбривания волосяного покрова в местах наложения электродов) и креплений для них, позволили быстро и легко регистрировать ЭМГ у лошадей в производственных условиях (в конюшне, на тренировочной площадке, в манеже). Места, куда накладывались электроды, обрабатывались 70% этиловым спиртом для снижения сопротивления кожи.

Электроды устанавливались на 2-3 см дистальнее от середины мышечного брюшка вдоль хода мышечных волокон на следующие мышцы: локтевой разгибатель запястья (m. extensor carpi ulnaris), длинный разгибатель пальцев (m. extensor digitorum longus) и среднюю ягодичную мышцу (m. gluteus medius).

Регистрация ЭМГ проводилась при статике (поддержании позы) и динамике (шаге) до и после физической нагрузки, а так же на рыси и галопе до нагрузки.

Экспериментальные данные в цифровом виде получены с помощью программного обеспечения «Sony Sound Forge». Частота сэмплирования сигнала составляла 144 кГц.

Анализ ЭМГ 1-го и 2-го каналов при динамической и статической работе проводился по частоте, форме и длительности потенциалов. Так же ЭМГ оценивалась по следующим специальным параметрам: частота ПДДЕ (Гц) по уровням амплитуд 12,5; 25,0; 50,0 и 75,0 и более % от максимальной амплитуды ЭМГ шага, взятой за 100 %; корреляция ПДДЕ 1-го и 2-го каналов. Расчёт корреляции проводился с помощью программы «MATLAB» по фрагменту ЭМГ длительностью 100 мс в начале, середине и в конце сокращения, а также за полное сокращение мышцы (длительностью 350-550 мс). При статике (поддержание позы) – за 300 мс.

Оценка функционального состояния дыхательной системы проводилась с помощью метода пневмографии (ПГ) с применением датчика дыхания, принцип работы которого основан на изменении электрического сопротивления согласно дыхательным движениям грудобрюшной области.

Оценивалась синхронность ритмов дыхания и движения при одновременной регистрации дыхательных движений и движений передней конечности на различных видах аллюра.

Для анализа биомеханики движения нами был подобран и адаптирован для использования на лошади прибор – электрогониометр, позволяющий быстро и просто регистрировать изменения угла сустава при различных движениях животного. Работа электрогониометра основана также на изменении электрического сопротивления при увеличении угла при разгибании сустава и уменьшением – при сгибании. Металлические гибкие пластины, идущие от датчика, фиксировались эластичными широкими лентами сверху и снизу от запястного сустава. Регистрируемое графическое отображение сигнала – электрогониограмма (ЭГГ). Методом ЭГГ определялись фазы полного цикла шага передней конечности. Регистрация показателей сгибания и разгибания сустава проводилась одновременно с регистрацией дыхания – для определения показателей синхронности ритмов дыхания и движения, и одновременно с регистрацией суставных звуков.

Для определения функционального состояния суставов (а именно запястных) у лошадей мы разработали устройство (патент РФ на полезную модель № 109649 РФ «Устройство для исследования сустава конечности») для одновременной регистрации и обработки сигналов с артрофонографа (прибора для регистрации суставных звуков высокочувствительным акустическим датчиком) и электрогониометра. Данное устройство позволяет идентифицировать и дифференцировать суставные звуки согласно взаиморасположению анатомических структур сустава и околосуставной области при определённой фазе цикла шага (сгибания, перехода сгибания в разгибание, разгибания и опоры).

Съём АФГ и ЭГГ осуществлялся до физической нагрузки и через 3 мин после неё. Животное проводилось свободным равномерным шагом по ровной поверхности деревянного пола конюшни в течение 10-15 с в одном направлении. Регистрация суставных звуков проводилась на четырёх поверхностях левого и правого запястных суставов, а и именно: дорсально, пальмарно, латерально и медиально.

При анализе полученных данных в первую очередь по ЭГГ определялся полный цикл шага левой или правой конечности, данный цикл делился на фазы. Выделенные отрезки фаз шага по ЭГГ сопоставлялись с сигналами АФГ, на которых подсчитывалось количество колебаний звуковых волн и вычислялась частота.

Определение функционального состояния сердца осуществлялось при помощи регистрации и анализа фонокардиограммы (ФКГ). Для ФКГ использовался акустический микрофон, вмонтированный в металлическую головку стетофонендоскопа. Регистрация ФКГ проводилась в области верхушки сердца с левой стороны в пятом межреберье выше на 1-2 см от боковой грудной вены. ФКГ регистрировалась утром до тренинга у спокойно стоящей лошади.

Статистику полученных экспериментальных данных по показателям функционального состояния нервно-мышечной системы и суставов у лошадей, проводили по следующим параметрам: М – средняя арифметическая; m – средняя ошибка; р – достоверность различий, определяемую по t – критерию Стьюдента. Различия считались достоверными при р<0,05; р<0,01; р<0,001.

Обработка данных проводилась с использованием программы «Microsoft Office Excel» и «MATLAB» на персональном компьютере (ноутбуке) ACER Travel Mate 6292.

  1. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
    1. Определение функционального состояния нервно-мышечного аппарата лошадей в условиях тренинга и испытаний

Для определения функционального состояния нервно-мышечного аппарата у тренируемых лошадей нами были проведены предварительные исследования по выбору мышц и электродов, наиболее подходящих для решения поставленных задач. В результате была выбрана мышца локтевого разгибателя запястья –

m. extensor carpi ulnaris, которая исследовалась при шаге до и после физических нагрузок, а также на рыси и галопе. Наиболее подходящими электродами явились электроды шириной 1 мм и длинной 35 мм с межэлектродным расстоянием между центрами электродов равным 18 мм.

Методика подсчёта количественных характеристик ЭМГ

Поверхностная ЭМГ представляет собой сумму импульсов различных двигательных единиц (ДЕ) широкого диапазона амплитуд, в связи с этим возникает необходимость дифференцировать импульсы определённых (заданных) амплитуд для более чёткого представления о закономерностях активации потенциалов действия двигательных (моторных) единиц (ПДДЕ) мышцы при различном её функциональном состоянии. Методика анализа количественных характеристик ЭМГ заключается в подсчёте частоты активных ПДДЕ на заданных уровнях амплитуд, которые задавались в процентах от максимальной амплитуды принятой за 100% (для нормирования ЭМГ по амплитуде для каждой лошади при тестовом движении – шаге).

Амплитуда 100% соответствовала 100-120 мкВ. Уровни задавались следующим образом (рис. 2): уровень 1 равен 12,5% – низкопороговые ПДДЕ

второго порядка (н/п2), уровень 2 – 25% – низкопороговые ПДДЕ первого порядка (н/п1), уровень 3 – 50% – среднепороговые или промежуточные ПДДЕ (с/п) и уровень 4 – 75 и более %– высокопороговые ПДДЕ (в/п).

Количество импульсов определённого уровня равнялось сумме его пересечений фронтами (нарастающими или спадающими) импульсов за определённый промежуток времени активности мышцы. Причём высчитывалось количество всех пересечений каждого уровня, начиная с самого низкого, с последующим вычитанием суммы из нижележащего уровня вышележащего, например:

Хn(ПДДЕ)4 уровень = (ПДДЕ)4 уровень – (ПДДЕ)3 уровень,

Хn(ПДДЕ)3 уровень = (ПДДЕ)3 уровень – (ПДДЕ)2 уровень,

Хn(ПДДЕ)2 уровень = (ПДДЕ)2 уровень – n(ПДДЕ)1 уровень,

где n – количество импульсов, чья амплитуда пересекает уровень одной из заданных амплитуд; (ПДДЕ) – сумма всех импульсов ДЕ, достигающих и пересекающих заданный уровень амплитуды.

Также проводился расчёт процентного соотношения или долей активации ПДДЕ, выраженных в процентах, по заданным амплитудам. Вычисление проводилось методом процентного соотношения количества импульсов ДЕ каждого из уровней амплитуд к общей сумме импульсов всех ДЕ.

Анализ ЭМГ статической и динамической работы

m. extensor carpi ulnaris до и после физической нагрузки

Параметры ЭМГ при статическом напряжении мышцы (поддержании позы) до и после физической нагрузки отображены в таблице 1.

После нагрузки происходит уменьшение частоты всех активных ДЕ, так в/п ПДДЕ почти полностью исчезают, с/п уменьшаются на 60% (р<0,5), н/п1 – на 70,2% (р<0,001) и н/п2 на 49,6% (р<0,05). В среднем частота уменьшается на 56% (р<0,001).

При общем уменьшении частоты ДЕ, наблюдается перераспределение долей активации ПДДЕ по заданным уровням амплитуд. Так происходит уменьшение доли активации в/п и н/п1, но увеличивается доля активации с/п и н/п2. Но наибольшую долю активации составляют н/п2 до и после физической нагрузки.

Таблица 1 Параметры ЭМГ при статической работе

m. extensor carpi ulnaris за 1 с на заданных уровнях амплитуд

до и после физической нагрузки

Статическая работа (поддержание позы)

Частота ПДДЕ, Гц

Общая частота, Гц

M±m

Доля активации ПДДЕ, %

Уровни амплитуды, %

Уровни амплитуды, %

75,0 и более

M±m

50,0

M±m

25,0

M±m

12,5

M±m

75,0 и более

50,0

25,0

12,5

до нагрузки

0,2±0,1

0,5

±0,3

9,4±2,1

23,2

±4,6

33,3±3,3

0,5

1,5

28,3

69,7

после нагрузки

0±0

0,2

±0,2

2,8±0,9

11,7

±2,1

14,7±2,3

0

1,6

18,8

79,6

Разность, %

-100

-60

-70,2**

-49,6*

-55,9***

-100

+6,7

-33,6

+14,2

Примечание: р – достоверность различий двух средних величин по критерию Стьюдента:

«*» –  р<0,05; «**» – р<0,01; «***» – р<0,001.

Причём статистически наиболее достоверным является изменение показателей частоты ПДДЕ до и после физической нагрузки на уровне амплитуды равной 25% от максимальной амплитуды.

При динамической работе активация ДЕ имеет иной характер (таблица 2).

Таблица 2 Параметры ЭМГ при динамической работе

m. extensor carpi ulnaris при шаге на заданных уровнях амплитуд

до и после физической нагрузки

Динами-ческая работа

(шаг)

Частота ПДДЕ, Гц

Доля активации ПДДЕ, %

Уровни амплитуды, %

Общая частота, Гц

M±m

Уровни амплитуды, %

75,0 и более

M±m

50,0

M±m

25,0

M±m

12,5

M±m

75,0 и более

50,0

25,0

12,5

до нагрузки

15,7

±4,7

20,3

±3,1

71,6

±4,8

71,9

±7,4

179,4

±10,7

8,7

11,3

39,9

40,1

после нагрузки

44,7

±10,9

38,5

±4,0

82,5

±5,6

59,5

±7,7

225,8

±20,1

19,9

17,1

36,6

26,4

Разность, %

+184,7

**

+89,7

***

+15,2

-17,2

+25,9*

+128,7

+51,3

-8,3

-34,2

Примечание: р – достоверность различий двух средних величин по критерию Стьюдента: «*» – р<0,05; «**» – р<0,01; «***» – р<0,001.

ЭМГ при динамической работе до нагрузки за одно сокращение содержит больше н/п импульсов (80%), причём н/п1 и н/п2 активны почти в равной процентной доле (40%). Доля активации с/п ПДДЕ составляет 11,3%, в/п – 8,7%.

При анализе долей активации ПДДЕ до и после нагрузки происходит значительное смещение доли активации в сторону высокопороговых ДЕ (увеличиваются на 128,7%), в то время как с/п ПДДЕ – на 51,3%. Одновременно наблюдается уменьшение доли активации н/п ДЕ: н/п1 ПДДЕ уменьшается на 8,3%, н/п2 – на 34,2%. Полученные данные указывают на наличие одновременного процесса синхронизации и рекрутирования ДЕ, что является признаком утомления мышцы (А.А. Гидиков, 1975; В.Д. Моногаров, 1986;

T. Moritani, 1982; C.A. De Luka, 2008).

Статистически более достоверным значением изменений показателей частоты до и после нагрузки при динамической работе мышцы, является частота ПДДЕ на уровне 50% максимальной амплитуды.

При повышении нагрузки на мышцу на рыси значительно увеличивается степень активации в\п ПДДЕ – более чем на 100% (р<0,001), но снижается количество н/п ПДДЕ. Общее количество импульсов на рыси увеличивается на 60% (р<0,01). При анализе доли активации ПДДЕ наблюдается наибольший процент работы в/п ПДДЕ, при одновременном понижении доли н/п. На галопе происходит уменьшение частоты ЭМГ-сигнала на 6,9% (р<0,05), по сравнению с ЭМГ рыси, за счёт большего вовлечения в/п ДЕ и уменьшения количества остальных ДЕ.

Корреляция ЭМГ-сигналов m. extensor carpi ulnaris

1-го и 2-го каналов до и после физической нагрузки

Анализ корреляции двух каналов осуществлялся по ЭМГ m. extensor carpi ulnaris при шаге и поддержании позы до и сразу же после тренинга (таблица 3).

Таблица 3 Корреляция ЭМГ-сигналов 1-го и 2-го каналов

при динамической и статической работе m. extensor carpi ulnaris

до и после физической нагрузки

Функцио-нальное

состояние

Динамическое мышечное сокращение (шаг)

поддержание позы (статика)

начало

середина

конец

полное

до нагрузки

0,55

0,53

0,51

0,50

0,55

после нагрузки

0,79

0,75

0,77

0,71

0,41

Разность, %

+30,4***

+29,3**

+33,8***

+29,6**

-34,1*

Примечание: р – достоверность различий двух средних величин по критерию Стьюдента: «*» – р<0,5; «**» – р<0,05; «***» – р<0,01

После физической нагрузки наблюдается увеличение коэффициента корреляции в среднем на 30% (р<0,05) и составляет 0,7-0,8. Наибольшее значение корреляции наблюдается в начале мышечного сокращения, наименьшее – за полное сокращение.

При статической работе мышцы (поддержании позы) значение корреляции после физической нагрузки снижается на 34,1% (р<0,5).

После физической нагрузки при шаге увеличивается сходство 1-го и 2-го каналов вследствие повышенной нервно-мышечной возбудимости; при поддержании позы корреляция сигналов падает вследствие десинхронизации потенциалов ДЕ при расслаблении мышцы.

Сходство ЭМГ с двух каналов легко можно обнаружить при визуальном анализе графического отображения ЭМГ, то есть импульсы с двух каналов почти идентичны друг другу по форме, амплитуде и длительности.

    1. Определение функционального состояния запястных суставов

у лошадей в условиях тренинга и испытаний

Проведён сравнительный частотный анализ АФГ между латеральной и медиальной, дорсальной и плантарной поверхностями левого и правого запястного сустава. Динамика изменений частоты с каждой из сторон по фазам полного цикла шага приведена на рис. 3.

Рис. 3. Области (в поперечном разрезе суставов) возникновения звуков разной частоты левого и правого запястного сустава по фазам полного цикла шага

При сгибании частота с латеральной поверхности левого запястного сустава составляет 24,1 Гц, с медиальной – 19,0 Гц, но у правого преобладающей является частота с медиальной поверхности – 22,8 Гц.

С дорсальной и пальмарной поверхностей частота составляет 10,2-10,6 Гц и 13,0-14,0 Гц соответственно.

При переходе фаз сгибания в разгибание частота остаётся в пределах 20±0 Гц на всех суставных поверхностях.

На следующей фазе шага – фазе разгибания показатель частоты преобладает с латеральной поверхности сустава по сравнению с медиальной, а именно на 5,3% левого сустава и на 24,2% (р<0,01) правого сустава. В данную фазу частота с пальмарной поверхности остаётся также преобладающей, чем с дорсальной на 112,5% (р<0,01) левого и на 20,5% (р<0,01) правого запястного сустава. Далее частота левого и правого сустава будет обозначаться через косую черту (/).

При сравнении фаз сгибания и разгибания в целом наблюдается уменьшение частоты в фазу разгибания с латеральной и медиальной поверхностей обоих суставов на 13,3% (р<0,4) / 2,3% соответственно и 29,8% (р<0,001) с медиальной поверхности правого сустава, но частота левого сустава с данной поверхности увеличивается на 4,2%.

Частота с дорсальной и пальмарной поверхностей в фазу разгибания увеличивается на 5,7% / 43,1% (р<0,001) и на 65,3% (р<0,001) / 35,4% (р<0,4).

При опоре наблюдается увеличение частоты суставных звуков со всех поверхностей, особенно с латеральной и пальмарной.

Частота АФГ запястного сустава до и после физической нагрузки

Для исследования влияния физической нагрузки на функциональное состояние запястных суставов в условиях тренинга, регистрация и анализ АФГ и ЭГГ проводился с дорсальной поверхности данного сустава.

Результаты изменений частоты АФГ дорсальной поверхности левого и правого запястного сустава до и после физической нагрузки приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Частота АФГ дорсальной поверхности левого и правого запястного сустава до и после физической нагрузки, Гц

н

а

г

р

у

з

к

а

Фазы полного цикла шага

сумма частот при сгибании и разгибании

M±m

Разница, % (сгибание-разгибание)

сгибание

M±m

переход сгибания в разги-бание

M±m

разгибание

M±m

опора

M±m

Запястный сустав

л

п

л

п

л

п

л

п

л

п

л

п

до

8,3

±0,3

9,2

±0,9

20

±0

20

±0

10,6

±0,9

11

±0,9

19,2

±0,6

16,1

±0,5

12,7

±1,7

12,1

±1,1

+27,7

***

+19,6

***

пос-

ле

10,0

±0,3

10,2

±0,5

20

±0

20

±0

14,5

±1,6

14,3

±1,0

15,4

±1,6

19,9

±1,3

13,3

±0,8

14,8

±1,3

+45,0

***

+40,2

***

Разни-ца, %

+20,5

***

+10,9

0

0

+36,8

**

+30,0

**

-19,8

**

+23,6

**

+4,7

+22,3

-

-

Примечание: р – достоверность различий двух средних величин по критерию Стьюдента:

«*» – р<0,05; «**» – р<0,01; «***» – р<0,001.

После нагрузки общая частота суставных звуков увеличивается. Но показатели зависят от определённой фазы цикла шага.

Так, при сгибании наблюдается увеличение частоты на 20,5% (р<0,001) левого запястного сустава и на 10,9% (р<0,5) правого. При переходе сгибания в разгибание частота не изменяется и составляет 20±0 Гц. Но наибольшее увеличение частоты наблюдается при разгибании сустава – на 36,8% у левого и 30,0% у правого (р<0,01). При опоре частота так же увеличивается на 23,6% (р<0,01) у правого запястного, но уменьшается у левого на 19,8% (р<0,01).

При сравнении частоты АФГ с дорсальной поверхности сустава в фазу сгибания и фазу разгибания сустава, то после нагрузки данная разница увеличивается. Частота АФГ до физической нагрузки примерно равна у обоих суставов, но после нагрузки заметно увеличение частоты у правого запястного сустава по сравнению с левым.

    1. Комплексная оценка функционального состояния лошадей

в условиях тренинга и испытаний

Важным условием слаженного функционирования организма лошади при физических нагрузках, особенно высокоинтенсивных, является синхронность работы внутренних органов (в особенности лёгких и сердца) и двигательного акта (работа мышц и суставов). При синхронной работе сердца, лёгких, мышц и ритма движения, отодвигается период наступление явного утомления. Нарушение синхронизма является причиной или следствием наступающего утомления. (А.А. Ласков, 1982; М.А. Леонова, 1973; Г.Г. Карлсен и др., 1973; G.R. Colborne, 2001).

Поэтому нами проводилась синхронная регистрация некоторых физиологических параметров. Например, на рис. 4 показана синхронная запись физиологических сигналов дыхания и движения для анализа синхронности ритмов дыхания и движения.

Рис. 4. Графическая синхронная запись

дыхания и движения лошади на рыси и шаге

Сопоставление физиологических сигналов кардио-респираторной и нервно-мышечной систем у лошади (рис. 5) позволяет определять и оценивать не только синхронную работу органов систем организма лошади, но и более информативно анализировать причины функциональных нарушений, обнаруживая их на самой ранней стадии развития.

Рис. 5. Сопоставление физиологических показателей кардио-респираторной

и нервно-мышечной систем у лошади в покое

На рис. 6 показаны два примера сопоставления сигналов АФГ, ЭГГ и ЭМГ, которые служат критерием оценки состояния опорно-двигательного аппарата у лошади. Замечена положительная корреляция уменьшения амплитуды и увеличения частоты ЭМГ при высоких значениях частоты АФГ.

Рис. 6. Сопоставление АФГ, ЭГГ и ЭМГ: а – лошади с высокими частотами суставных звуков запястного сустава; б – лошади со среднестатическими (среди испытуемых лошадей) частотами суставных звуков запястного сустава

Комплексное определение функционального состояния у лошадей в полевых условиях тренинга и испытаний с использованием описанного оборудования не требует предварительной подготовки мест наложения датчиков (при регистрации ЭМГ необходимо только протирание этиловым спиртом), не используются вредные и болезненные для лошади средства крепления регистрирующих устройств. Что значительно сокращает время подготовительных операций и не вызывает у лошади стресса. Кроме того, с помощью разработанных оперативных методик и оборудования возможно определение переходных характеристик функционального состояния лошади сразу же после нагрузки. Комплекс физиологических параметров изменений функционального состояния лошадей, с дальнейшей доработкой программного обеспечения, помогут создать автоматическую диагностику физиологического статуса лошади для возможности применения данного оборудования любому человеку, изучающему изменения её функциональных систем с целью рационального распределения тренировочных нагрузок, диагностики или научного эксперимента.

  1. ВЫВОДЫ
  1. Разработаны простые методики и малогабаритное оборудование для комплексного, объективного и оперативного определения и оценки функционального состояния нервно-мышечного аппарата, работы сердца, лёгких и суставов у лошадей в условиях тренинга и испытаний
  2. Выделены наиболее информативные параметры электромиограммы, которые значительно (на 70-90%) меняются до и после физических нагрузок:

-частота импульсов моторных (двигательных) единиц при шаге (динамической работе) на уровне 50% от изоэлектрической линии при максимальной амплитуде шага 100%;

-частота импульсов моторных (двигательных) единиц при поддержании позы (статической работе) на уровне 12,5% от изоэлектрической линии при максимальной амплитуде шага 100%;

-корреляция сигналов моторных (двигательных) единиц 1-го и 2-го каналов (при 2-х канальной регистрации электромиограммы).

  1. Электромиограмма локтевого разгибателя запястья у лошадей характеризуется:
  • значительной выраженностью отдельных групп «всплесков» двигательных (моторных) единиц при малом мышечном напряжении при динамической работе;
  • полифазностью и высокой амплитудой импульсов;

• высокой схожестью сигналов 1-го и 2-го каналов даже при большом межэлектродном расстоянии (25,0 мм).

  1. Выявлены особенности работы моторных (двигательных) единиц у лошадей до и после физической нагрузки при статической и динамической работе локтевого разгибателя запястья:
  • до нагрузки при статической работе (поддержание позы) наблюдается высокая активность низкопороговых моторных (двигательных) единиц (95%). При динамической работе (шаге) преобладают низкопороговые моторные (двигательные) единицы (80%). При увеличении активности мышцы (рысь, галоп) активация потенциалов действия моторных единиц смещается в сторону высокопороговых импульсов (возрастает до 80%), с одновременным уменьшением низкопороговых (до 16%).
  • после физической нагрузки при статической работе частота импульсов уменьшается на 56%, но увеличивается доля активации низкопороговых моторных (двигательных) единиц на 14,2%, незначительно промежуточных – на 6,7%; при динамической работе (шаге) частота электромиограммы увеличивается на 26%, вместе с тем увеличивается активация высокопороговых импульсов с уменьшением частоты низкопороговых.
  1. Для объективной оценки функционального состояния суставов у животных необходима одновременная регистрация и анализ артрофонограммы и электрогониограммы.
  2. Метод фонокардиографии, с использованием разработанного нами устройства, позволяет объективно, просто и главное быстро (по сравнению с ЭКГ) оценить функциональное состояние сердца в полевых условиях, так как не тратится время на крепления электродов на тело лошади.
  3. После физической нагрузки у тренируемых лошадей наблюдается увеличение частоты суставных звуков дорсальной поверхности запястного сустава на 30% во время фазы разгибания и опоры.
  4. При высокой частоте электромиограммы локтевого разгибателя запястья, наблюдается увеличение частоты суставных звуков с латеральной поверхности сустава за полный цикл шага и, наоборот, при низкой частоте электромиограммы одноимённой мышцы частота суставных звуков уменьшается.
  1. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
  1. Для регистрации биотоков скелетных мышц у лошадей рекомендуем использовать электроды для поверхностной электромиографии (Патент РФ № 81060) и крепления для них. Оперативную оценку работы сердца следует проводить с помощью метода фонокардиографии с использованием разработанного нами акустического датчика. Для оценки функционального состояния запястного сустава рекомендуем устройство для исследования сустава конечности (Патент РФ № 109649).
  2. Для развёрнутого анализа электромиограммы необходимо применять методику разложения электромиограммы на импульсы по уровням амплитуд с дальнейшим подсчётом частоты импульсов на данных уровнях.
  3. Для оценки утомления нервно-мышечного аппарата рекомендуем использовать поверхностную электромиографию с определением частоты импульсов на уровне 1/2 от максимальной амплитуды при динамической работе и при статической работе на уровне 1/4 от максимальной амплитуды тестового биоэлектрического сигнала шага.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК РФ:

  1. Зубарева Е. А. Электромиография скелетных мышц тренируемой лошади / Е. А. Зубарева // Коневодство и конный спорт. – 2011. – № 3. – С. 16-19.
  2. Зубарева Е. А. Определение функционального состояния суставов у лошадей в условиях тренинга и испытаний / Е. А. Зубарева // Омский научный вестник. -2011. - № 1 (104). – С. 165-169.
  3. Зубарева Е. А. Анализ биоэлектрической активности скелетных мышц тренируемой лошади / Е. А. Зубарева // Коневодство и конный спорт. – 2012. – № 2. – С. 17-19.

Патенты:

  1. Пат. 81060 РФ, МПК51 А 61 В 5/04. Электрод для поверхностной электромиографии / Зубарев А. А., Зубарева Е. А., Пьянов В. Д. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ОмГАУ. - №2008119988/22, заявл. 24.06.2008 ; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7. 2 с. ; ил.
  2. Пат. 109649 РФ, МПК51 А 61 В 5/00. Устройство для исследования сустава конечности / Зубарев А. А., Зубарева Е. А., Пьянов В. Д. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ОмГАУ. - №20011119801/14, заявл. 18.06.2011 ; опубл. 27.10.2011, Бюл. № 30. – 2 с. ; ил.

Публикации в материалах конференций:

  1. Пьянов В. Д. Электрофизические исследования в изучении стресс–реактивности домашних животных / В. Д. Пьянов, Е. Д. Сотникова, Г. В. Хонина, Е. А. Зубарева // VI Сибирский физиологический съезд :  тезисы докладов. – Барнаул, 2008. – Т.2. – С. 57.
  2. Зубарева Е. А. Использование электромиографии скелетных мышц в комплексе показателей дыхания и движения лошади / Е. А. Зубарева // Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы, перспективы и инновационные тенденции развития аграрной науки», посвящённая 85-летию со дня рождения члена-корреспондента РАСХН, д. в. н., профессора М. М. Джамбулатова. – Махачкала, 2010. – Ч. 2 – С. 172-175.
  3. Зубарева Е. А. Электромиографический метод оценки функциональ-ного состояния нервно-мышечной системы лошадей и человека / Е. А. Зубарева, В. Д. Пьянов // Россия молодая: передовые технологии – в промышленность: Материалы III Всероссийской молодёжной научно-практической конференции. – Кн. 2 – Омск, 2010. – С. 168-173.
  4. Зубарева Е. А. Комплексная оценка функционального состояния лошадей в тренинге // Наука и молодёжь: новые идеи и решения: Материалы V Международной научно-практической конференции молодых исследователей. – Волгоград, 2011. – Ч. 1. – С. 31-33.
  5. Зубарева Е. А. Комплексная оценка функционального состояния лошадей в производственных условиях / Е. А. Зубарева // Россия молодая: передовые технологии – в промышленность: Материалы IV Всероссийской молодёжной научно-практической конференции. – Омск, 2011. – Кн. 2 – С. 193-196.

Публикации в информационных листах:

  1. Пьянов В. Д. Устройство для исследования сустава конечности : информ. л. № 55-014-11 / В. Д. Пьянов, Е. А. Зубарева, А. А. Зубарев. Омск : ЦНТИ, 2011. – 2с.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.