СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ТРЕНИРОВАННОСТИ ОРГАНИЗМА Российский патент 1999 года по МПК A61B5/00 A61B5/02 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для управления процессом физического и умственного развития, а также для определения индивидуально-допустимых нагрузок и физической работоспособности людей.

Известен способ определения физической работоспособности по авторскому свидетельству СССР N 1445687 (МПК 4 A 61 B 5/02) с приоритетом от 27.07.1984 г. Указанный способ основан на предъявлении испытуемому нагрузочных тестов, включающих пробу Штанге, пробу Мартина-Кушелевского, пробу выносливости с пневмоманометром и ортостатическую пробу, а затем после оценки в баллах каждой из проб определяют максимальное потребление кислорода по формуле
K=10,9•C^0,687,
где K - максимальное потребление кислорода,
C - сумма баллов,
10,9 и 0,687 - постоянные величины.

Так как каждая проба оценивается в баллах и несет в себе элементы субъективизма, то данный способ не обеспечивает высокой точности определения физической работоспособности.

Известен способ контроля уровней физических нагрузок по авторскому свидетельству СССР N 1289453 (МПК 4 A 61 B 5/05, A 63 B 23/00) с приоритетом от 3.01.1985 г. Этот способ основан на измерении темпа движения, сравнении его с нижним и верхним уровнями и формировании информационного сигнала в случае отклонения темпа движения от заданного диапазона физических нагрузок, который предполагается известным.

Для обеспечения реабилитации и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний должны быть выполнены следующие требования:
- определен оптимальный уровень физических нагрузок, являющийся строго индивидуальным;
- осуществлен контроль и поддержание указанной нагрузки в процессе тренировки.

Известный способ обеспечивает выполнение одного лишь требования и поэтому не может гарантировать решение указанной задачи.

Известен способ оценки степени тренированности организма по авторскому свидетельству СССР N 1821132 (МПК 5 A 61 B 5/02) с приоритетом от 22.02.1991 г. Данный способ, взятый в качестве прототипа, основан на измерении частоты сердечных сокращений, регистрации ее изменений при воздействии на организм нагрузки, определении временного интервала T₀, в течение которого частота сердечных сокращений достигает некоторого наперед заданного значения, а также нахождении интервала времени T, в течение которого частота сердечных сокращений восстанавливает свое исходное значение после снятия нагрузки, и вычислении частного T₀/T, зависящего от изменений частоты сердечных сокращений и однозначно определяющего степень тренированности организма. Данный способ базируется на том, что характер увеличения частоты сердечных сокращений при повышенной мышечной нагрузке радикально отличен для тренированного и нетренированного организма. Лучший показатель тренированности присущ организму, который при относительно равной физической нагрузке медленно выходит на высокие значения частоты сердечных сокращений и быстрее восстанавливает первоначальное состояние после снятия нагрузки.

Указанный способ дает возможность оценить физическое состояние организма по степени его тренированности. Однако он не позволяет выяснить, какие нагрузки для конкретного человека дают наибольший положительный эффект, не вызывают изменений или приводят к снижению тренированности.

Перед настоящим изобретением поставлены следующие задачи:
- обеспечение возможности нахождения оптимального уровня физических нагрузок;
- обеспечение возможности управления процессом тренировки спортсменов;
- обеспечение возможности управления процессом развития и совершенствования памяти.

Поставленные задачи достигаются тем, что измерение состояния организма при различных нагрузках осуществляют в восстановительный период путем регистрации в соответствующие временные интервалы единичных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки, выраженной, например, в частоте сердечных сокращений, для каждого временного интервала выявляют информативность единичных показателей и проводят их ранжирование в порядке уменьшения их информативности, причем в качестве критерия информативности единичных показателей в заданном временном интервале используют нормированное по их максимальной величине среднее значение модуля погрешности отклонения экспериментальных значений от линейной зависимости, а затем осуществляют нормировку единичных показателей по их максимальному значению, для каждой нагрузки посредством нахождения среднего арифметического наиболее информативных двух, трех, четырех и т.д. значений нормированных единичных показателей находят интегральные показатели "внутренней" интенсивности нагрузки, определяют их информативность, а затем в качестве оценки интегрального показателя "внутренней" интенсивности нагрузки выбирают показатель с наивысшей информативностью, зависимость которого от нагрузки аппроксимируют уравнением прямой, с которой сравнивают полученный при испытательной нагрузке индивидуальный интегральный показатель "внутренней" ее интенсивности и по величине отклонения определяют степень тренированности организма.

В отличие от известных технических решений в предложенном способе измерение "внутренней" интенсивности нагрузки, то есть ответной реакции организма, осуществляют в восстановительный период и только на индивидуальной основе.

На чертеже приведена зависимость интегрального показателя ответной реакции организма от мощности нагрузки для боксера-юноши C.

Для оценки "внутренней" интенсивности нагрузки могут служить различные биохимические, физиологические, биофизические, психофизиологические и другие показатели, которые должны изменяться при изменении нагрузки. Поскольку показатели ответной реакции организма имеют различную размерность, возникает необходимость в их нормировке.

Среди наиболее информативных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки важное место занимают:
- частота сердечных сокращений в соответствующем интервале восстановительного периода;
- временные показатели реоэнцефалограммы.

Применение предложенного способа покажем на примере использования в качестве показателя "внутренней" интенсивности нагрузки частоту сердечных сокращений в семи временных интервалах шестиминутного восстановительного периода.

Регистрация частоты сердечных сокращений в каждом из интервалов шестиминутного восстановительного периода может осуществляться на электрокардиографе, сумматорах пульса и других технических устройствах. В практической деятельности иногда приходится обходиться без приборов, поэтому частоту сердечных сокращений можно измерить с помощью секундомера и пальпаторного счета пульса. В качестве нагрузки может быть предложен степ-тест, в котором мощность нагрузки задается нашагиванием на ступеньку высотой 0,4 м.

В качестве примера в табл. 1 приведены результаты исследования воздействия мощности нагрузки на значения показателей частоты сердечных сокращений восстановительного периода после нагрузок степ-теста у боксера-юноши C., 15 лет.

В соответствии с предложенным способом обработка данных осуществляется в шесть этапов.

Первый этап предусматривает выявление информативности единичных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки для каждого временного интервала. Критерием информативности единичных показателей Y в данном временном интервале служит нормированное по их максимальной величине Y_m среднее значение Δ модуля погрешности отклонения экспериментальных данных от линейной зависимости, причем чем меньше эта величина, тем выше информативность. Математически указанный критерий может быть представлен выражением:

где n - общее число нагрузок;
для i-ой нагрузки экспериментально полученное значение показателя "внутренней" интенсивности нагрузки;
Y_i - значение показателя "внутренней" интенсивности нагрузки для i-ой внешней нагрузки в случае линейной зависимости.

Для рассматриваемого примера в табл. 2 приведены линейные зависимости Y(x) и отношения Δ/Y_max, рассчитанные по формуле (1), для каждого временного интервала.

Из табл. 2 следует, что наиболее информативным является временной интервал 180...230 с, вторым по информативности идет временной интервал 120... 170 с, третьим - интервал 240...290 с, четвертым - временной интервал 300... 350 с, пятым - временной интервал 60...110 с, шестым - временной интервал 30...50 с и, наконец, седьмым - временной интервал 10...20 с.

Выявление информативности необходимо для того, чтобы уменьшить объем статистической обработки при суммировании на последующих этапах, так как семь единичных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки могут образовывать сотни комбинаций их сумм, а в нашем варианте их всего шесть.

Второй этап связан с ранжированием единичных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки в порядке уменьшения их информативности. Результаты ранжирования данных табл. 1 отображены в табл. 3.

На третьем этапе осуществляется нормирование значений единичного показателя "внутренней" интенсивности нагрузки по следующей схеме:
- в каждом временном интервале восстановительного периода максимальное значение единичного показателя "внутренней" интенсивности нагрузки принимается за 100%;
- все остальные значения единичного показателя "внутренней" интенсивности нагрузки рассчитываются в прямо пропорциональном отношении от 100%.

Результаты нормирования данных табл. 3 отражены в табл. 4.

На четвертом этапе для каждой нагрузки вычисляются интегральные показатели "внутренней" интенсивности нагрузки путем нахождения среднеарифметических значений наиболее информативных двух, трех, четырех, пяти, шести и семи значений нормированных единичных показателей. Результаты указанных преобразований табл. 4 отражены в табл. 5.

На пятом этапе определяется информативность интегральных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки. Для этого может быть использована формула (1). Результаты статистической обработки данных табл. 5 представлены в табл. 6.

Результаты пятого этапа обработки данных позволили сопоставить информативность интегральных показателей "внутренней" интенсивности нагрузки с информативностью единичных показателей. Как следует из табл.2 и 6, интегральные показатели "внутренней" интенсивности нагрузки имеют большую информативность по сравнению с любым единичным показателем. Поэтому переход от единичных показателей к интегральным обеспечивает более точную диагностику физического состояния организма.

На шестом этапе выбирается интегральный показатель "внутренней" интенсивности нагрузки с наивысшей информативностью. Для боксера-юноши C. он будет ИП2, полученный как среднее арифметическое трех наиболее информативных нормированных единичных показателей и соответствующий уравнению
Z=47,92+2,411x.

В последующем с линейной зависимостью (2), являющейся интегральным показателем "внутренней" интенсивности нагрузки (в процентах) для боксера-юноши C. , сравнивают все дальнейшие исследования предлагаемых для него различных по мощности нагрузок и полученных после значений интегральных показателей ответной реакции организма и оценивают по следующей закономерности: чем больше разница с линейной зависимостью со знаком минус, тем больше тренированность спортсмена и наоборот.

Приведенная на фиг. 1 зависимость (2) ответной реакции организма от мощности нагрузки для боксера-юноши C. может быть использована для определения динамики развития тренированности этого спортсмена. Например, ему предлагается мощность нагрузки x = 17 кгм•мин/кг, а единичные показатели "внутренней" интенсивности нагрузки, выраженные в частоте сердечных сокращений, соответствуют данным, приведенным в табл. 7.

Для данной нагрузки расчет индивидуального интегрального показателя "внутренней" ее интенсивности осуществляется по формуле

где m - число временных интервалов шестиминутного восстановительного периода;
Y_j - единичный показатель "внутренней" интенсивности нагрузки на j-ом временном интервале;
a_j - индивидуальный коэффициент для j-го временного интервала.

Для спортсменов индивидуальные коэффициенты a_j выявляются после соревновательной или максимальной нагрузки, а для неспортсменов - после той предельной нагрузки, которую они могут выполнить на данное время. При использовании m временных интервалов восстановительного периода индивидуальные коэффициенты a_j рассчитываются по формуле

где значение единичного показателя "внутренней" интенсивности нагрузки на j-ом временном интервале, соответствующее соревновательной или максимальной нагрузке.

Для данных табл. 1 и семи временных интервалов шестиминутного восстановительного периода индивидуальные коэффициенты, рассчитанные по формуле (4) для максимальной нагрузки, приведены в последней строке табл. 7. Расчеты, проведенные по формуле (3) для данных табл. 7, показывают, что индивидуальная интегральная "внутренняя" интенсивность нагрузки составляет 92%. Как следует из фиг. 1 и из формулы (2), для сохранения тренированности на прежнем уровне интегральная "внутренняя" интенсивность нагрузки для этого случая должна составлять Z=8 3,8%. Разность между экспериментальным значением показателя "внутренней" интенсивности нагрузки и значением Z=83,8% для рассматриваемого примера составляет 8,2%. Следовательно, спортсмен снизил свою тренированность.

Аналогичным образом можно определить динамику тренированности для этого спортсмена во всех дальнейших исследованиях и выяснить, какие нагрузки для данного спортсмена дают наибольший положительный эффект, наименьший эффект, не вызывают изменений или приводят к снижению тренированности. Поэтому в дальнейшем представляется возможным с помощью предложенного способа осуществлять управление тренированностью спортсмена.

Предложенный способ может быть распространен на развитие и совершенствование свойств памяти и позволит определить оптимальный уровень умственных нагрузок для испытуемого.

Из изложенного следует, что предложенный способ позволяет обеспечить:
- возможность определения оптимального уровня как физических, так и умственных нагрузок;
- возможность управления процессом тренировки спортсменов;
-возможность управления процессом развития и совершенствования памяти.

Изобретение относится к медицине. Измеряют частоту сердечных сокращений в восстановительный период после нагрузки. Для каждого временного интервала выявляют информативность единичных показателей и проводят ранжирование в порядке уменьшения их информативности. В качестве критерия информативности используют нормированное по их максимальной величине среднее значение модуля погрешности отклонения экспериментальных значений от линейной зависимости, а затем осуществляют нормировку единичных показателей по их максимальному значению. Способ позволяет определять оптимальный уровень тренированности организма и управлять процессом тренировки. 1 ил., 7 табл.

Способ оценки степени тренированности организма, основанный на измерении частоты сердечных сокращений (ЧСС) и статистической обработке результатов измерений, отличающийся тем, что частоту сердечных сокращений регистрируют в соответствующие временные интервалы восстановительного периода, для каждого временного интервала выявляют информативность полученных единичных показателей (т. е. ЧСС) и проводят их ранжирование в порядке уменьшения их информативности, осуществляют нормировку единичных показателей по их максимальному значению, для каждой нагрузки посредством нахождения среднего арифметического наиболее информативных двух, трех, четырех и т.д. значений нормированных единичных показателей находят интегральные показатели ответной реакции организма, определяют их информативность, а затем в качестве оценки интегрального показателя ответной реакции организма выбирают показатель с наивысшей информативностью, зависимость которого от величины нагрузки аппроксимируют уравнением прямой, с которой сравнивают индивидуальный интегральный показатель Z_т, полученный при испытательной нагрузке по формуле

в которой Y_j - частота сердечных сокращений в j-м временном интервале восстановительного периода на воздействие испытательной нагрузки;
a_j - индивидуальный коэффициент для j-го временного интервала восстановительного периода, полученный при воздействии максимальной нагрузки и определяемый выражением

где - значение частоты сердечных сокращений в j-м временном интервале восстановительного периода на воздействие максимальной нагрузки;
m - число временных интервалов восстановительного периода,
а затем по величине отклонения определяют степень тренированности организма.