Асимметрия биомеханики опорно-двигательной системы в норме и патологии

Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №2(23); http://kamgifk.ru/sites/default/files/magazine/23_(2)_2012/2(23)-holmanskii.pdf

А.С. Холманский; А.А. Минахин

A.C. Kholmanskiy, A.A. Minahin

Биомеханика опорно-двигательной системы (ОДС) суммирует в себе кинематику суставов и динамику трех систем: связочно-мышечной, кровеносной и нервной. Для всех составляющих биомеханики ОДС будет характерна своя форма выражения дихотомии правого и левого (хиральности) в норме и патологии [2,5,6,9,13]. Учитывая приоритетность функции движения в филогенезе живых систем, можно полагать, что дисбаланс в дихотомии правого и левого у здорового человека в значительной степени является следствием адаптации биомеханики ОДС к асимметричным внешним физическим факторам [12-14]. Чувствительным звеном в механизме адаптации ОДС к таким факторам, очевидно, будут ее кровеносная и нервная системы, лимитирующие трофику суставов и связочно-мышечной системы, составляющих основу опорно-двигательного аппарата (ОДА). Латеральная асимметрия трофики ОДА бывает особенно выражена у людей с метеозависимостью или с органической патологией ОДА. Примером латеральной асимметрии трофики ОДА в патологии может служить варикозная болезнь одной из нижних конечностей, а в норме – увеличение плотности механорецепторов (телец Пачини) на ладони правой руки у правши до 20% по сравнению с левой рукой [10].

Повышенная чувствительность кровеносной и нервной систем к действию внешних хиральных факторов обусловлена включением в их состав спиральных структурных элементов (например, миелинизированные нервные волокна [13]), а также динамичных жидких сред (плазма крови, аксоплазма, синовия), которые из-за наличия в них оптически активных веществ (ОАВ), в принципе, следует считать хиральными средами. Типичными представителями ОАВ служат аминокислоты, белки, сахара, гиалуроновая и молочная кислоты. Можно полагать, что зависимость физико-химических свойств хиральных жидких сред организма от внешних физических факторов вносит свой вклад в механизм формирования нормальной и развитие патологической латеральной асимметрии биомеханики ОДА.

Интересным примером асимметрии биомеханики ОДС в норме является хождение по кругу здоровых людей при отсутствии визуальных ориентиров (в лесу и пустыне) или с завязанными глазами [16], а также спонтанное вращение людей при совершении бега на месте (БНМ) с закрытыми глазами [11,13]. Направление вращения, скорость и величина угла поворота тела меняются сложным образом в зависимости от даты, пола и возраста. Данное вращение связали с ресурсом асимметрии нервной системы (АНС), который генерируется, как правило, в процессе ночного сна и зануляется при БНМ или обычном беге в течении 15-30 мин.

В настоящей работе проведен мониторинг знака вращения здоровых мужчин и женщин, совершающих БНМ и знака сектора магнитного поля Солнца. Предложена кинематическая схема генерации нервных импульсов при БНМ, допускающая асимметричное влияние на динамику ОДА как периферийной, так и центральной нервной системы.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Определение знака и скорости вращения здоровых людей при БНМ с закрытыми глазами на неподвижной основе проводили по методу [11] сразу после ночного сна. В опытах эпизодически участвовали мужчины и женщины (правши, возраст 17 – 62 лет) и на протяжении всего мониторинга пациент А. (правша). Характеристики бега измеряли также по вращению коврика на гладком полу, на котором человек совершает БНМ с открытыми глазами в течение 1-2 мин [11]. Последний метод является более чувствительным и щадящим по сравнению с БНМ с закрытыми глазами, поэтому пациент А. использовал его для выявления малых значений ресурса АНС и в период (20-22.05.11), когда у него клинически и рентгенографически диагностировалось обострение артроза правого тазобедренного сустава, вызванное охлаждением тела 17-18.05.11. Данные о знаке сектора магнитного поля Солнца (МПС) и характеристики солнечной активности брали на сайте ИЗМИРАН.

Результаты мониторинга направления вращения при БНМ с закрытыми глазами здоровых мужчин и женщин, а также знаки секторов МПС приведены в Таблице. Минимальная величина угла вращения по или против часовой стрелки за время БНМ ~15 мин равнялась ~π/4, а максимальная могла достигать ~6π. Соответственно, в такой же степени менялся ресурс АНС. Следует отметить, что началу и существенному ускорению вращения способствовало чтение про себя стихов [11]. Вращение при БНМ на большой суммарный угол наблюдалось достаточно редко и, начиная с последней декады 2011 г. по настоящее время, вообще прекратилось (у пациента А. и молодого человека 20 лет). Практически всегда, когда наблюдалось вращение мужчины, женщина тоже вращалась, но в противоположном направлении. Этот результат воспроизводился, как в случае одинаковых (16.08.10 и 29.11.10), так и различных (8-15.12.08) локальных геофизических условий Москвы и Подмосковья, в которых испытуемые спали ночью. Вращение мужчин правшей против часовой стрелки свидетельствовало о том, что роль ведущей ноги у них на тот момент исполняла правая нога, и доминировала нейрофизиология левого полушария [2]. Земля при этом, как правило, находилась в положительном секторе МПС. Обратному направлению вращения отвечало доминирование правого полушария и расположение Земли в отрицательном секторе МПС. В периоды перехода Земли через токовый слой и на границах секторов угол вращения был мал или оно вообще отсутствовало.

В работе [16] установили, что хождение людей по кругу при отсутствии визуальных ориентиров (солнца, луны) в лесу или пустыне, а также с завязанными глазами (по кругу диаметра ~20 м) не зависит от разницы длины шага правой или левой ноги и направление вращения у одних и тех же людей могут меняться со временем. Можно полагать, что и здесь проявляется асимметрия биомеханики ОДС, обусловленная теми же причинами, что и в случае БНМ.

В случае асимметричной патологии ОДА при БНМ возникал вращательный момент относительно оси позвоночника в силу дисбаланса динамики суставов или мышц правой и левой половин ОДА. К примеру, (16.05.08) у пациента А. правая икроножная мышца вначале БНМ была частично сведена судорогой, поэтому динамика левой ноги превалировала и направление вращение не коррелировало со знаком сектора МПС. Аналогичный случай наблюдался у пациента А. в период обострения у него артроза правого тазобедренного сустава (20-22.05.11) – при БНМ коврик вращался против часовой стрелки, что соответствовало вращению человека на неподвижной основе против часовой стрелки. Контрольные опыты в тех же условиях со здоровым мужчиной (правша, 21 год) показали, что знак направления его вращения противоположен знаку вращения А. и коррелирует со знаком сектора МПС. Вследствие патологии правого тазобедренного сустава пациента А. при его БНМ ведущей стала левая нога, и эта асимметрия кинематики ОДА, по-видимому, превалировала над асимметрией ОДА, связанной с наведенным ресурсом АНС, которому на тот момент должна была отвечать повышенная активность левого полушария и ведущая роль динамики правой ноги.

Очевидно, что в отличие от эндогенных причин вращения при БНМ людей с патологией ОПА вращение здоровых людей обусловлено латеральной асимметрией нервной системы, то есть ресурсом АНС, возникающим в процессе ночного сна. Причем инициация и ускорение вращения активацией речевого центра, локализованного у правшей в левом полушарии, а также разнонаправленность вращения у мужчин и женщин указывают на то, что наведенный ресурс АНС формируется на уровне головного мозга, очевидно, в виде дисбаланса в нейрофизиологии правого и левого полушария. Инверсия этого дисбаланса у женщин по сравнению с мужчинами может быть обусловлена тем, что у женщин менее выражена функциональная асимметрия мозга [1,2,4], а также усилена взаимосвязь полушарий через мозолистое тело [1,18] и ослаблено влияние нейрофизиологии речевого центра левого полушария на функции правого полушария [4].

До сих пор не известен механизм чувствительности некоторых людей к возмущениям магнитного поля земли и метеоусловий в периоды солнечной активности. Еще сложнее установить причину корреляции между знаком сектора МПС и знаком АНС, определяющим направление вращения человека, совершающего бег на месте. Тем не менее, в нашем случае будут приемлемы физические модели [7,8,12,13], объясняющие возникновение вихревых и спиральных структур в геосферах [8] и живых организмах на различных уровнях их организации [7,13]. Типичными примерами таких структур являются правоспиральные каналы потовых желез человека [17] и закрученность стволов хвойных деревьев (спиротропизм) [14].

В основу данных моделей положено спирально-вихревое излучение Солнца (СВИС) из активных областей фотосферы неэлектромагнитной природы [7,8], кванты которого («спироны» [7]) имеют собственную спиральность и легко проходят сквозь Землю (подобно нейтрино [12,14]). Поскольку литосфера может играть роль анизотропного волновода и сферической линзы, биогенное действие данного излучения будет эффективным именно на ночной стороне Земли. В работах [7,8] предполагают, что потоки СВИС, взаимодействует с МПС и знак спиральности «спиронов» может коррелировать со знаком сектора МПС. Свой вклад в дифференциацию знака спиральности биогенного излучения на его выходе из земли могут вносить локальные области литосферы с высоким содержанием оптически активных силикатных образований.

Данное спиральное излучение может быть ответственно за дихотомию правого и левого в живых системах [13]. С ним, например, связали явление спиротропизма или закрученность стволов хвойных деревьев [14]. Живица – жидкая среда хвойных деревьев состоит из оптически активных скипидара и смол. Взаимодействие живицы с хиральным биогенным излучением может привносить в динамику клеточного метаболизма вращательный момент, который будет обусловливать аксиальный сдвиг в структуре клетчатки или закручивание стволов елей и сосен [14].

Как было отмечено выше, жидкие среды организма человека также являются оптически активными (хиральными) средами. Следовательно, метаболизм мозга в состоянии ночного сна также должен быть чувствителен к действию биогенного спирального излучения, исходящего из земли. Способствовать этому будут и особенности физиологии ночного сна, главной из которых является понижение температуры тела и мозга практически на градус. Для гелеобразных коллоидных и сахарсодержащих физиологических растворов известно [13,15], что понижение температуры инициирует их упорядочивание и в том числе образование оптически активных комплексов. В результате этого возрастает хиральность среды, а значит, и чувствительность метаболизма к экзогенным хиральным факторам. Очевидно, что функциональной асимметрии мозга соответствуют определенные особенности симметрии полушарий мозга на уровне их морфологии и динамики жидких сред. Это дает основание предположить, что и чувствительность нейрофизиологии полушарий к хиральным экзогенным факторам также будет различаться. Например, по резонансному механизму с правоспиральным внешним излучением правоспиральные структуры правого полушария, очевидно, будут эффективней взаимодействовать, чем контрлатеральные им структуры левого полушария. Возникающий при этом дисбаланс в нейрофизиологии полушарий будет определять знак ресурса АНС. При смене знака спиральности внешнего излучения поменяет знак и ресурс АНС.

Кинематика БНМ включает в себя колебательно-вращательные движения рук, плечевого пояса и грудной клетки относительно оси поясничного отдела позвоночника. Ноги и крестец жестко связанный с тазом совершают аналогичные движения относительно той же оси, но в противофазе. При этом центр тяжести тела совершает вертикальные колебания, а органы брюшной полости и средостения ритмично двигаются по спиралям в пределах своих эндоритмов [3]. С учетом высокой торсионной подвижности позвонков поясничного отдела можно смоделировать кинематику движения частей тела бегущего на месте человека блок-схемой, представленной на Рис 1.

Период колебательно-вращательных движений составляет 0,6 – 0,7 с при угловой амплитуде ~5-10^о. Торсионные колебания поясничных позвонков сопровождаются периодической деформацией костно-суставной и мышечно-связочной системы всего ОДА. При этом потоки восходящих (афферентных) нервных импульсов по спинному мозгу будут нести в головной мозг информацию о морфофункциональной латеральной асимметрии ОДС, а нисходящие (эфферентные) потоки – суммировать в себе информацию о ресурсе АНС и асимметрии моторных центров полушарий мозга.

Рис 1. Схема движений частей тела человека и направлений восходящих потоков потенциалов действия при беге на месте. Пару костно-мышечных «роторов» образуют верхняя (руки, плечевой пояс, грудная клетка) и нижняя (таз, ноги) части тела.

Таким образом, состояние нейрофизиологии ОДС при БНМ можно смоделировать асимметричным генератором электромагнитных сигналов, которые в виде пакетов потенциалов действия периодически циркулируют между головным мозгом, подвижными элементами ОДА и висцеральными органами (Рис 1). В этом «генераторе» позвоночник с нервами спинного мозга играет роль «статора», вокруг которого совершают колебательно-вращательные движения органы и части тела в качестве двух «роторов» вращающихся в противофазе. Метамерные нервные связи обеспечивают возбуждение соответствующих сегментов позвоночника и висцеральных органов, причем в той последовательности, в какой совершаются вращательные колебания «роторов». Наряду с генерацией электрических импульсов, БНМ порождает волны сжатия-разряжения спинномозговой жидкости позвоночнике и цистернах мозга (Рис 1), ритм которых будет модулировать ритмику физиологии головного мозга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данные по мониторингу спонтанного вращения человека, совершающего бег на месте, позволяют заключить, что нейрофизиология биомеханики ОДА имеет латеральную асимметрию, величина которой в норме определяется переменным ресурсом асимметрии нервной системы, а в патологии – негативными явлениями в кинематике и динамике опорно-двигательного аппарата. Знаком и величиной ресурса асимметрии нервной системы определяются направление и суммарный угол вращения. Высказано предположение, что за генерацию ресурса АНС ответственно спиральное излучение Солнце неэлектромагнитной природы и повышенная чувствительность к нему оптически активных жидких сред, лимитирующих метаболизм мозга в состоянии ночного сна.

1. 
   Амунц В.В. К вопросу об асимметрии структурной организации мозга у мужчин и женщин // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Amunc.htm
   
2. 
   Брагина Н. Н., Доброхотова Т. А. Функциональные асимметрии человека. -М. -1988. -240 с.
   
3. 
   Васильева Л.Ф., Михайлов А.М. Мануальная диагностика и терапия дисфункции внутренних органов. – Новокузнецк: Полиграфкомбинат, -2002. -243 с.
   
4. 
   Вольф Н.В.,  Разумникова О.М. Половой диморфизм функциональной организации мозга при обработке речевой информации // http://cerebral-asymmetry.narod.ru/Wolf.htm
   
5. 
   Голдырев А. Ю., Ишал В. А., Рождественский М. Е., Физиология асимметрии, фронтальные нарушения осанки, сколиоз и сколиотическая болезнь // Вестн. новых медицинских технологий. - 2000.- № 1. - С. 88.
   
6. 
   Ендолов В.В., Бирченко Н.С. Особенности моторной составляющей межполушарной асимметрии мозга у детей со сколиозом // Фундаментальные исследования. 2005. № 4 С. 13:
   

7. 
   Кондратьев К. Я., Никольский Г.А. Вихревые эффекты проникающей компоненты солнечного излучения // http://vd2-777.narod.ru/article2/vihr-effects.htm
   
8. 
   Кондратьев К. Я., Никольский Г.А. Воздействия солнечной активности на структурные компоненты земли. 1. Метрологические условия // Исследование земли из космоса. -2005. -№ 3. С. 1-10; http://vd2-777.narod.ru/article3/vozdejstv.htm
   
9. 
   Крымова О. Асимметрия кровоснабжения // http://cerebral-symmetry.narod.ru/Articles.htm
   
10. 
    Отелин А.А. Тельце Фаттер-Пачини. –Л.: -1976. –С.127
    
11. 
    Холманский А.С. Способ определения функционального состояния человека // Патент РФ 2193859 от 10.07.2001. Бюл. 10.12.2002, № 34.
    
12. 
    Холманский А.С. Зависимость ресурса функциональной асимметрии мозга от внешних условий // Асимметрия. -2009. -Т. 3. № 1. –C. 51-62; http://j-asymmetry.com/2011/12/holmansky_1_2009_1/
    
13. 
    Холманский А.С. Хиральность и квантовые эффекты как факторы морфогенеза // Там же;  - Т. 9. -Вып. 4. - 2010. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-28-html/kholmanskiy-2/kholmanskiy-2.htm; Дихотомия правого и левого в живых системах // http://j-asymmetry.com/2011/12/holmansky_3_2008/
    
14. 
    Холманский А.С. Адаптация деревьев к аномальным физическим факторам // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 8. - Вып. 3. - 2009. - URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-23-html/holmanskiy/holmanskiy.htm
    
15. 
    Холманский А.С., Стребков Д.С. Зависимость оптической активности растворов сахаров от температуры // Доклады РАСХН, -2007. -№5. –С.57-60
    
16. 
    Souman Jan L., at. all, Walking Straight into Circles// Current Biology, -2009. -V.19, -P. 1538-1542
    
17. 
    Takagi S., Tagawa M. Predominance of right-handed spirals in human  eccrine sweat ducts // Japan.J.Physiol. -1955. –V.5(2). –P. 122-130
    
18. 
    Wisniewski A. B. Sexually dimorphic partterns of cortical asymmetry, and the role for sex steroid hormones in determining cortical patterns of lateralization // Psychoneuroendocrinol. – 1998. - Vol.23. - Is. 5. - P. 519-547.
    

Даты опытов, характеристики и направление вращения людей, совершающих бег на месте с закрытыми глазами и знаки полярности секторов магнитного поля Солнца