ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 2, с. 22-30
УДК 612.821
ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ИНЕРЦИАЛЬНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ И ВРЕМЕНЕМ ПРОСТОЙ СЕНСОМОТОРНОЙ РЕАКЦИИ У ЮНОШЕЙ
И ДЕВУШЕК 16-17 ЛЕТ © 2014 г. Б. И. Гутник1, Н. Б. Панкова2, М. Ю. Карганов2, Д. Нэш3
1Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, Москва 2ФГБУНаучно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии РАМН, Москва 3UNITEC Institute of Technology, Новая Зеландия E-mail: gutnikboris@gmail.ru Поступила в редакцию 16.02.2013 г.
Латентный период зрительной сенсомоторной реакции во многом зависит не только от сенсорных и интегративных процессов мозга, но также и от скорости мышечного сокращения исполнительного органа. Целью нашей работы было показать эту зависимость. Исследования проводили с участием 566 праворуких школьников 16—17 лет обоего пола. Время реакции с точностью ±1 мс измеряли по моменту аддукции руки и кисти, используя специальное ротационное устройство в виде рычага, управляемого компьютером. Расчет вращательной инерции верхней конечности проводили с помощью регрессионных уравнений Зациорского и других авторов. Каждая гендерная группа подразделялась на 3 подгруппы с высокими, средними и низкими величинами вращательной инерции. Было показано, что испытуемые с высокой степенью вращательной инерции предплечья и кисти демонстрировали существенно более продолжительный латентный период реакции. Эта закономерность проявилась в обеих гендерных группах. Хотя юноши демонстрировали более высокие уровни вращательной инерции по сравнению с девушками, их реакции были менее продолжительными. Такое противоречие, по-видимому, объясняется более высокими величинами мощности мышечных сокращений у юношей. Мы рекомендуем при изучении времени реакции принять во внимание величину ротационной инерции испытуемых.
Ключевые слова: вращательная (ротационная) инерция, время реакции.
Б01: 10.7868/80131164614020076
Быстрота реакции на внешний стимул может служить важным и необходимым фактором выживания. Одним из компонентов быстрой реакции является латентный период сенсомоторной реакции [1]. Величина времени реакции определяется как интервал времени между появлением сенсорного сигнала и началом моторной реакции, что широко используется в различных областях науки и практики [2—4]. Исследователи выделяют несколько важных этапов в проявлении любой сенсомоторной реакции: детекция сигнала, интегративный процесс принятия решения и реализация сенсомоторного действия [4—8]. Влияние моторного компонента на характер выполнения сенсомоторной реакции и времени ее реализации, как было замечено вышеуказанными авторами, во многом связано с типом нервной системы. Эта связь более характерна для нервной системы и менее характерна для биомеханики и антропометрики тела и исполнительного органа испытуемых. Моторное действие само по себе
имеет существенное влияние на время реакции. Так, было установлено, что амплитуда электро-миограммы имеет обратную корреляцию со временем простой сенсомоторной реакции [9]. Время мышечного механического сокращения может служить важным элементом времени реакции [10], хотя, в соответствии с постулатами Берн-штейна [1], и не прослеживается простой связи между нейронным выходом моторной реакции и самим механическим движением.
Внешние силы, действующие на периферические элементы двигательного звена, могут исказить саму двигательную реакцию. Тем самым, выход эфферентных нервных посылок, возможно, предопределен влиянием с периферии. Теория Бернштейна [1] допускает, что характер исполнительного звена и текущее состояние сокращающейся мускулатуры могут изменить моторный выход. Известно также, что моторный выход, кроме всего прочего, базируется на силах инерции звеньев кинематической цепи, часто затруд-
няющих реализацию двигательного действия [11—13]. Эти силы, в свою очередь, зависят от массы и длины исполнительных сегментов конечностей, точно так же, как и от локализации центра масс реагирующей кинематической цепи [1]. Известно, что массы и размеры исполнительных органов могут изменять время реакции [14— 18]. Было показано, что продолжительность латентного периода простой сенсомоторной реакции, реализованной, к примеру, указательным пальцем (то есть сегментами, имеющими заведомо малую мышечную массу), была заметно меньше по сравнению с ситуацией, когда в реализации движения участвуют крупные сегменты или все тело, как, например, в случае прыжка или спринта [19-24].
С позиций биомеханики, массы и длины реагирующих сегментов, как правило, отражают их инерционные свойства и представляют собой важнейшие особенности моторной системы [25]. Инерционные свойства системы являются количественными характеристиками вращательной инерции, поскольку любое движение человеческого организма представляет собой комплекс вращательных движений суставов. Отдельные авторы изучали влияние вращательной инерции реагирующих сегментов тела на продолжительность моторной реакции. Так, например, Ансон [26] в экспериментах с изучением латентного периода реакции искусственно увеличивал массы проксимальных и дистальных сегментов реагирующих конечностей. Он обнаружил некоторую задержку времени реакции в случае увеличения ротационной инерции, и наоборот. Главным недостатком в его работе, по нашему мнению, были навязанные испытуемым особые искусственные условия адаптации к искусственно завышенным величинам внешних силовых полей.
Другие исследователи при изучении латентного периода реакции обращали особое внимание на отдельные показатели антропометрии испытуемых, принимая во внимание длину конечностей или общую массу тела [14, 17]. Они пришли к выводу, что испытуемые малого роста, имеющие относительно короткие верхние конечности, реагируют на простой стимул быстрее, по сравнению с людьми более высокого роста и с более длинными конечностями. Однако полученные ими результаты не напрямую соотносились с инерционными особенностями рук испытуемых. Можно также указать на работы, рассматривающие влияние росто-весового индекса на время реакции [16, 27, 28]: при этом замедление реакции у людей с повышенной массой тела следует, по-видимому, рассматривать не с точки зрения чистой антропометрии, но и с позиции инерционных свойств биомеханики конечности. Некоторые исследователи также рассматривали ситуации, при которых люди с повышенной массой тела демонстрирова-
ли удлинение времени простой сенсомоторной реакции, однако объяснение этому феномену сводилось только к чисто нервным факторам, таким как феномен искажения сенсорных или других проприоцептивных сигналов на уровне различных мозговых структур [16, 18].
Целью настоящей работы было изучить зависимость времени реакции от величины момента инерции верхних конечностей на моделях аддукции предплечья и кисти.
В противоположность Ансоновскому подходу [26], наше исследование включало в себя большое количество испытуемых обоего пола, состоящих из гомогенных возрастных групп. Такой подход имел два явных преимущества: он дал возможность индивидуального и группового сравнения инерционных характеристик конечностей среди большого числа испытуемых и позволил нам избежать искусственной нагрузки сегментов исполнительных органов, исключив тем самым адаптивные реакции испытуемых.
МЕТОДИКА
Исследование проводили с участием 566 здоровых учащихся 50 московских общеобразовательных школ (274 юноши и 292 девушки) в возрасте 16-17 лет. Никто из испытуемых не демонстрировал выдающихся спортивных результатов. Возраст испытуемых был выбран на том основании, что в этот период времени моторная система человека в онтогенезе достигает высокой степени развития, особенно в отношении антропометрических показателей сегментов верхних конечностей [29]. В соответствии с результатами упрощенного теста латерального квотента Олфилда [30], все испытуемые относились к праворуким, что было очень важно для последующего изучения времени простой сенсомоторной реакции [31, 32]. Все испытуемые имели примерно одинаковый уровень школьной успеваемости. Эксперименты проводили в первую половину школьного дня. Перед каждым экспериментом испытуемый был ознакомлен с требуемыми действиями и подписывал этический протокол.
В работе использовали общепринятые антропометрические методы (точность измерения роста до ±0.5 см, измерение массы тела с точностью до ±100 г). Расчеты моментов ротационной инерции проводили по стандартным регрессионным уравнениям отдельно для кисти и предплечья [33-36]. Мы также измеряли наибольшую и наименьшую окружности обеих предплечий, а также их длину (от шиловидного отростка до акромио-на) [37]. Поскольку регрессионные уравнения для расчета ротационной инерции предусматривались только для одной руки, в исследовании приняли участие только те испытуемые, которые
Внешний вид экспериментальной установки.
имели минимальную билатеральную разницу в вышеуказанных размерах (не более чем 0.5 см).
Измерение времени реакции проводили в стандартных экспериментальных условиях [8, 31, 38—40] с помощью специального измерительного прибора с компьютерным управлением "Компьютерный измеритель движений" КИД-3 (производство ООО "ИНТОКС", Санкт-Петербург, регистрационное удостоверение № 29/03041202/5085-03 от 11 апреля 2003 г.). Точность измерения данного периода не выходила за пределы одной миллисекунды, как это было в экспериментах других исследователей [39, 41].
Испытуемый сидел на удобном стуле, в то время как его рука покоилась на специальной механической приставке, которая с помощью специального рычага могла легко вращаться вокруг вертикальной оси. Точка опоры вращательной системы находилась в области средней трети предплечья. В этой позиции предплечье и кисть могли выполнять движения абдукционной и ад-дукционной направленности (рисунок).
Механическое сопротивление приставки вращательному движению было незначительным и, соответственно, не учитывалось в расчетах. Изначально приставка с покоящимися на ней предплечьем и кистью испытуемого устанавливались в нулевую позицию и фиксировались с помощью электромагнитных ограничителей.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.