Влияние нейробиоуправления по бета-ритму головного мозга на функциональное состояние организма спортсменов-мужчин в период учебно-тренировочных сборов в условиях среднегорья

ВВЕДЕНИЕ

Нейробиоуправление — технология, основанная на принципах биологической обратной связи (БОС) по электроэнцефалографическим (ЭЭГ) параметрам, эффективно применяется во многих отраслях медицины [1–3] и спорта [4–7]. Перспективы применения нейробиоуправления по ритмам головного мозга (ГМ) в восстановительной и спортивной медицине связывают с неинвазивным и нефармакологическим воздействием на человека, вызывающим изменения функционального состояния по управляемым параметрам и функциям организма. Изучением влияния нейробиоуправления по альфа-ритму ГМ на организм человека, в том числе спортсменов, занимался целый ряд исследователей [3–5][7]. Нейробиоуправление по бета-ритму достаточно успешно применяется при таких психофизиологических отклонениях, как аутизм, синдром дефицита внимания с гиперактивностью [8][9]. Учитывая необходимость спортсменов управлять своим состоянием и эффективно функционировать в условиях высокого психического напряжения, данный метод может иметь большие перспективы. Однако исследование влияния нейробиоуправления по бета-ритму ГМ в спортивной науке и практике представлено весьма ограниченно [6], в частности недостаточно описан комплексный подход в изучении влияния метода на состояние систем организма. Следовательно, актуальным является научно-экспериментальное обоснование применения нейробиоуправления по бета-ритму ГМ в системе медико-биологического обеспечения спорта высших достижений для повышения функциональных возможностей и восстановления спортсменов.

Цель исследования — изучение влияния нейробио­управления по бета-ритму головного мозга на функ­циональное состояние систем организма спортсменов-
мужчин в период интенсивных тренировок на учебно-тренировочных сборах в условиях среднегорья.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проведено на базе Реабилитационно-восстановительного центра для спортсменов сборных команд России, расположенного на территории ФГБУ «Юг Спорт» в г. Кисловодске, высота над уровнем моря 1240 м. В нем приняли участие 47 спортсменов-мужчин высокой квалификации (кандидаты в мастера спорта, мастера спорта, мастера спорта международного класса). Спортсмены были разделены на основную группу (ОГ) (27 чел., медианный возраст 21 [ 18; 24] год) и контрольную группу (КГ) (20 чел., медианный возраст 20 [ 18,5; 22,5] лет). В обеих группах наблюдения спортсмены, занимающиеся различными видами спорта (стрельба из лука, фигурное катание, бадминтон, вольная борьба, сумо, пауэрлифтинг, спортивное ориентирование (лыжные дисциплины), дзюдо, фристайл), были представлены пропорционально. Критерии включения участников в исследование: спортсмены высокой квалификации, которые подвергаются высоким тренировочным нагрузкам. Критерии исключения: отказ от участия в исследовании, острые заболевания и травмы.

У спортсменов ОГ в период учебно-тренировочных сборов (УТС) был проведен курс нейробио­управления — тренинга с биологической обратной связью по бета-ритму головного мозга. Спортсмены КГ выполняли тренировочные мероприятия по плану УТС, курс нейробиоуправления у них не проводили. Исследование выполнено в подготовительный период тренировочного процесса, в течение которого у спортсменов, как правило, было по две интенсивные тренировки ежедневно. Все исследования начинались на 2 и 3 день пребывания на сборах, продолжительность которых составляла 14–15 дней. Исследования проводили в первую половину дня до тренировочных занятий, тренинги — утром и днем в свободное время спортсменов.

Методика нейробиоуправления по бета-ритму ГМ реализовывалась на многоканальном устройстве БИ-012-2 с программным обеспечением «Бослаб» (ООО «КОМСИБ», г. Новосибирск), обеспечивающим одновременный мониторинг и запись сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ, биполярный монтаж электродов в отведении CZ-FZ, референтный электрод на мочке уха в соответствии с международной схемой монтажа электродов «10–20%»), электромиограммы мышц лба (ЭМГ, монтаж активных электродов: лобная часть затылочно-лобной мышцы, с расстоянием между центром электродов 3–4 см, референтный электрод между активными), электрокардиограммы (ЭКГ, монтаж активных электродов: надключичные ямки, референтный электрод — трапециевидная мышца), фотоплетизмограммы (ФПГ, монтаж датчика на дистальной фаланге 2 пальца ведущей руки), дыхания (монтаж датчика — мечевидный отросток). Методика направлена на повышение активности в бета-диапазоне.

Сеанс нейробиоуправления по амплитуде бета-ритма включал графическую (10 мин, аудиальная обратная связь) и игровую (16 мин, визуальная обратная связь) сессии, курс состоял из 8–10 сеансов. Эффективность бета-тренинга вычисляли программой по динамике средних значений амплитуд бета- и тета-ритмов ГМ при их мониторинге до и после каждого тренинга. Эффективным считали достижение увеличения бета- и снижение тета-ритма ГМ. Перед первым и после последнего сеанса нейробиоуправления проводили регистрацию физиологических сигналов и психофизиологическое тестирование (на аппаратно-программном комплексе «Спортивный психофизиолог» (ООО «НМЦ Аналитик», г. Омск), определяли свойства нервной системы по индивидуальной единице времени (ИЕВ), психическую работоспособность по тесту Шульте, личностную и ситуативную тревожность по опроснику Спилбергера — Ханина [12].

Статистическая обработка данных произведена с помощью компьютерной программы Statistica 13.0. Рассчитывали стандартные показатели описательной статистики: медиана M_e, верхний [Q₁] и нижний [Q₃] квартили. Сравнение показателей осуществлено с помощью непараметрических критериев Вилкоксона (для анализа динамики данных в двух зависимых группах) и U-критерия Манна — Уитни (для оценки различий между двумя независимыми группами).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенное исследование показало, что до прохождения курса нейробиоуправления по бета-ритму параметры психофизиологического статуса, вариабельности сердечного ритма (ВСР), ритмов ГМ мужчин-спортсменов ОГ и КГ статистически значимо не различались. Исходные показатели нервной и сердечно-сосудистой систем спортсменов-мужчин были в пределах физиологической нормы.

Сравнение данных психофизиологического статуса мужчин-спортсменов ОГ до и после курса БОС-тренинга показало, что уровень ситуативной (до тренинга — 28 [ 25; 32] баллов, после — 28 [ 23; 31] баллов) и личностной (до тренинга — 29 [ 26; 31) баллов, после — 29 [ 25; 32] баллов) тревожности был низким и статистически значимо не изменился. В КГ уровень ситуативной (до тренинга — 33 [ 28; 37,5] балла; после — 30 [ 24; 36] баллов) и личностной (до тренинга — 31 [ 28; 33,5] балл; после — 29,5 [ 24,5; 37,5] балла) тревожности также статистически значимо не изменился. Показатель ИЕВ в ОГ составил 0,92 [ 0,88; 0,96] усл. ед., в КГ — 0,92 [ 0,88; 0,97] усл. ед. и соответствовал сангвиническому равновесному типу высшей нервной деятельности, что согласуется с полученными ранее и опубликованными данными о преобладании сангвинического темперамента среди спортсменов высокой квалификации [ 13].

Оценка показателей психической работоспособности по тесту Шульте в группе ОГ до и после курса БОС-тренинга продемонстрировала, что статистически значимо (p < 0,0001) улучшилась эффективность психической работы (до — 36,91 (30,02; 44,78) с, после — 32,28 [ 27,17; 37,53] с (рис. 1А), психическая врабатываемость (до — 1,002 [ 0,903; 1,102] усл. ед., после — 0,904 [ 0,852; 0,936] усл. ед., p < 0,004, (рис. 1Б) и устойчивость (до — 1,02 [ 0,925; 1,118] усл. ед., после — 0,95 [ 0,887; 1,035] усл. ед., p < 0,05). В КГ эффективность психической работы (рис. 1А), психическая врабатываемость (рис. 1Б) и устойчивость статистически значимо не изменились.

Также психическая врабатываемость после курса тренинга была статистически значимо ниже (лучше) в ОГ (0,904 [ 0,852; 0,936] усл. ед.) по сравнению с КГ (1,01 [ 0,853; 1,115] усл. ед.), в то время как до тренинга значения статистически не различались (рис. 1Б).

Анализ временных параметров ВСР до и после курса тренинга нейробиоуправления по бета-ритму ГМ (табл. 1) показал у спортсменов-мужчин ОГ статистически значимое снижение ЧСС (p < 0,04), количество последовательных интервалов RR, различие между которыми превышает 20 мс (pNN20) (p < 0,05), и количество последовательных интервалов RR, различие между которыми превышает 10 мс (pNN10) (p < 0,05). В КГ статистически значимо снижались ЧСС и индекс напряжения (ИН) (p < 0,02). Также у спортсменов ОГ после курса тренинга по сравнению с исходными данными имелась тенденция к повышению средней длительности кардиоинтервалов (RR), стандартного (среднеквадратичного) отклонения кардиоинтервалов RR (SDNN), количества наиболее часто встречающихся значений длительности кардиоинтервалов (Мода), вегетативного показателя (ВП) и снижению индекса напряжения (ИН).

Результаты частотного анализа ВСР у спортсменов, проходивших курс тренинга (ОГ), выявили статистически значимое повышение мощности очень медленных волн (сверхнизкочастотных) (VLF) (до — 490,25 [ 207,26; 1115,16] мс²; после — 890,23 [ 309,16; 1957,22] мс², p < 0,04) (рис. 2А) и мощности спектра ВСР в диапазоне очень низких частот в процентном отношении к общей мощности спектра (%VLF) (до — 31,74 [ 15,12; 42,18] %, после — 40,23 [ 28,85; 53,63] %, p < 0,01) (рис. 2Б). В КГ статистически значимых изменений данных показателей не выявлено. К концу УТС в ОГ и КГ снизилась амплитуда моды (АМо) — доля кардиоинтервалов, попавших в диапазон моды, по отношению ко всем кардиоинтервалам (ОГ: до — 44,37 [ 30,26; 57,59] %, после — 40,03 [ 28,35; 48,6] %; КГ до — 45,17 [ 30,67; 57,63] %, после — 35,69 [ 29,61; 44,86] %).

Анализ параметров ритмов ГМ по бета-ритму у мужчин-спортсменов ОГ до и после курса нейробиоуправления и в КГ (табл. 2) показал статистически значимо бо΄льшие значения амплитуды бета-ритма (p < 0,05) и меньшие значения индекса тета-ритма (p < 0,05) в конце УТС у спортсменов ОГ по сравнению с КГ. У спортсменов ОГ после тренинга отмечали тенденцию к увеличению амплитуды альфа- и бета-ритмов ГМ, в то время как в КГ амплитуда бета-ритма ГМ снижалась. Анализ ритмов головного мозга у спортсменов мужчин непосредственно на первом и последнем (в основном восьмом) сеансе БОС-тренинга не выявил статистически значимых изменений параметров ритмов ЭЭГ.

Анализ параметров дыхания у мужчин-спортсменов ОГ и КГ до и после курса нейробиоуправления по бета-ритму головного мозга выявил в ОГ только одно статистически значимое изменение соотношения длительности фаз вдоха и выдоха (до — 0,716 [ 0,674; 0,777] усл. ед., после — 0,753 [ 0,692; 0,831] усл. ед., p < 0,05). В то же время в КГ не было статистически значимых изменений. Также в ОГ имелась тенденция к увеличению длительности дыхательного цикла (до — 3,52 [ 3; 4,18] c, после — 3,65 [ 3,18; 4,1] c) и выдоха (до — 2,06 [ 1,71; 2,63] с, после — 2,12 [ 1,85; 2,61] c).

По показателям общего психофизиологического напряжения у мужчин-спортсменов ОГ после курса нейробиоуправления и в КГ статистически значимых изменений не выявлено, но в ОГ имелась тенденция без достоверных различий к снижению амплитуды суммарной биоэлектрической активности мышц лба (до — 7,39 [ 5,45; 8,48] мкВ, после — 6,23 [ 5,52; 7,84] мкВ), кожной проводимости (до — 4,16 [ 2,21; 6,34] мкCм, после — 2,73 [ 2,06; 6,54] мкCм) и амплитуды кожной проводимости (до — 0,259 [ 0,13; 0,369] мкCм, после — 0,199 [ 0,111; 0,346] мкCм), что свидетельствует о снижении общего психофизиологического напряжения.

Анализ параметров центральной гемодинамики по данным фотоплетизмографии у мужчин-спортсменов ОГ показал после курса нейробиоуправления по бета-ритму головного мозга статистически значимое повышение амплитуды систолической волны фотоплетизмограммы (до — 889,64 [ 601,31; 1359,57] мВ,
после — 1012,98 [ 759,76; 1413,33] мВ, p < 0,04), но как до, так и после показатели находились в пределах физиологической нормы. Также в ОГ имелась тенденция к снижению показателя адекватности процессов регуляции (ПАПР) (до — 60,92 [ 38,06; 78,30] усл. ед., после — 47,37 [ 33,98; 67,59] усл. ед.). В КГ изменений этих параметров не выявлено.

ОБСУЖДЕНИЕ

Эффективность тренировочного процесса во многих видах спорта значительно зависит от умения спортсмена сконцентрироваться в условиях высокого эмоционального напряжения. В настоящее время проведено большое количество научных работ, посвященных внедрению в тренировочный процесс альфа-стимулирующего нейробиоуправления [4][5][7][12–16]. Опубликовано исследование, показывающее, что нейротренинг по альфа-ритму способствует более стабильному уровню психоэмоционального состояния в соревновательных условиях за счет снижения предстартового напряжения [17]. Выявлено влияние нейробиоуправления в альфа-диапазоне на параметры ВСР, гемодинамики и на максимальное потребление кислорода при выполнении у спортсменов нагрузочного тестирования [5]. Отмечено положительное действие применения нейротренингов на эмоциональное состояние и психофизиологические функции киберспортсменов [18]. Португальскими учеными показано, что повторный курс нейробиоуправления по альфа-ритму способствовал улучшению когнитивных способностей спортсменов [7]. Однако данные исследования посвящены применению нейробиоуправления по альфа-ритму ГМ.

В нашей работе изучалось воздействие нейробиоуправления по бета-ритму ГМ, который связывают с высшими когнитивными процессами и фокусированием внимания; чрезмерная активность бета-ритма сигнализирует о физиологическом напряжении и тревожности. Спортивная деятельность неразрывно связана с высоким физическим и психоэмоциональным напряжением, поэтому нами была поставлена задача в ходе сеансов достигать снижения напряжения физиологических систем организма (повышение экономичности, достижение оптимального функционирования) при одновременном повышении амплитуды бета-ритма, обеспечивающим высокую активность ГМ. Как показали наши исследования, применение курса нейробиоуправления по бета-ритму ГМ способствовало снижению централизации и усилению парасимпатических влияний, преобладанию в большей части автономной регуляции в управлении сердечным ритмом. Все это подтверждает достижение планируемого состояния: повышение экономичности функционирования сердечно-сосудистой системы спортсменов. Отмечено снижение напряжения и по данным других физиологических параметров: ЭМГ мышц лба, КГР, дыханию. Также у спортсменов повысился уровень психической работоспособности, врабатываемости и устойчивости, свидетельствующий о повышении концентрации внимания и других когнитивных функций.

Данные динамики ритмов ГМ у спортсменов-мужчин непосредственно на первом и последнем сеансе БОС-тренинга не выявили изменений. По-видимому, функциональное состояние систем организма у спортсменов-мужчин является более чувствительным к БОС-тренингу, чем амплитудные характеристики ритмов ЭЭГ, которые более стабильны при решении задач, направленных на концентрацию внимания.

Полученные нами результаты открывают перспективы достижения спортсменами более высокой работоспособности за счет снижения физиологического напряжения и, как следствие, процессов утомления в условиях напряженной тренировочной и соревновательной деятельности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования установлено положительное влияние применения курса нейробио­управления по бета-ритму головного мозга у спорт­сменов-мужчин, проявляющееся в улучшении работы центральной (эффективности психической работы, психической врабатываемости и устойчивости, амплитуды альфа и бета-ритмов головного мозга) и вегетативной нервной систем (снижение централизации, усиление парасимпатических влияний и преобладание автономной регуляции в управлении сердечным ритмом). Также отмечены положительные сдвиги со стороны вегетативных систем: экономизация сердечной деятельности (урежение ЧСС), удлинение дыхательного цикла и выдоха.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: Ю.В. Корягина — контроль в процессе планирования и проведения исследования, критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений, критический анализ работы на предмет научной новизны; Ю.В. Кушнарева — сбор экспериментальных данных применения нейробиоуправления у спортсменов и составление черновика рукописи; С.В. Нопин — интерпретация данных, дизайн исследования, окончательное утверждение версии для публикации; А.С. Нопин — составление исходных таблиц; О.С. Збицкая — сбор экспериментальных данных применения нейробиоуправления у спортсменов; С.М. Абуталимова — сбор экспериментальных данных применения нейробиоуправления у спортсменов.