СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ ВНЕШНИХ НАГРУЗОК Российский патент 2002 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам контроля, дозирования и ограничения внешних нагрузок, включая спортивные, медикаментозные, экологические, физиотерапевтические, психологические и другие нагрузки, влияющие на функциональное состояние человека и его здоровье.

Существуют различные способы и устройства для контроля и диагностики функционального состояния организма человека и его подсистем [1].

Однако методы мониторирования, функциональной диагностики, диагностика по методам Фолля, Реодораку, Накатани и др. не позволяют контролировать реакцию пациента или спортсмена непосредственно во время физической нагрузки, физиотерапевтического воздействия или они недостаточно лабильны и информативны для целей индивидуального контроля и дозирования таких воздействий. Использующиеся для контроля общесистемных реакций, вегетативного статуса и состояния напряженности анализ ритмов сердечных сокращений, холтеровское мониторирование ЭКГ и суточное мониторирование артериального давления и температуры тела из-за большой индивидуальной вариабельности регистрируемых показателей также не годятся для оценки предельно допустимых уровней воздействия, функциональной тренировочной нагрузки.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля и ограничения внешних нагрузок, заключающийся в вычислении индекса напряжения по Баевскому [2].

Однако известный способ не позволяет оперативно и точно определять индивидуально допустимые границы внешних нагрузок, что может привести к несвоевременному их ограничению.

Техническим результатом является создание способа, позволяющего точно определять индивидуально допустимые границы внешних нагрузок, для своевременного их ограничения.

Достигается это тем, что в способе контроля и ограничения внешних нагрузок, заключающемся в непрерывной диагностике состояния организма человека, при которой контролируют отношение частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д и дисперсию этого отношения, согласно изобретению при значении f_п/f_д меньше 3 или больше 5 и увеличении дисперсии этого отношения больше чем на 20% относительно исходного состояния до начала действия внешней нагрузки в течение времени, не меньшего длительности переходного процесса, характерного для реакции организма на действие внешней нагрузки, уменьшают, или прекращают внешнюю нагрузку, или предпринимают профилактические меры для нормализации вышеуказанных показателей, кроме того, время переходного процесса для реакции организма на действие внешней нагрузки выбирают равным не менее 20 дыхательным циклам.

Кроме того, достигается это тем, что в способе контроля и ограничения внешних нагрузок, заключающемся в непрерывной диагностике состояния организма человека, при которой контролируют отношение частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д и информационный показатель Фишера этого отношения, согласно изобретению при значении f_п/f_д меньше 3 или больше 5 и увеличении информационного показателя Фишера этого отношения больше чем на 20% относительно исходного состояния до начала действия внешней нагрузки в течение времени, не меньшего длительности переходного процесса, характерного для реакции организма на действие внешней нагрузки, уменьшают, или прекращают внешнюю нагрузку, или предпринимают профилактические меры для нормализации вышеуказанных показателей, кроме того, время переходного процесса для реакции организма на действие внешней нагрузки выбирают равным не менее 20 дыхательным циклам.

Сущность изобретения заключается в том, что выбор соответствующего диапазона отношения частоты пульса к частоте дыхания и одновременно допустимого увеличения дисперсии или информационного показателя Фишера позволяет для различных живых организмов своевременно предупреждать развитие нежелательных реакций путем уменьшения, прекращения внешнего воздействия или принятия соответствующих профилактических мер.

Сравнения предлагаемого способа с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Проведенные опыты с использованием заявляемого способа позволяют судить о возможности широкого его использования.

На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство содержит датчики 1 и 2 пульса и дыхания соответственно, которые через усилители 3 и 4 и аналого-цифровые преобразователи 5 и 6 подключены к блоку 7 деления, который осуществляет деление текущего значения частоты f_п пульса на текущее значение частоты f_д дыхания. Выход блока 7 деления подключен ко входу вычислителя 8 и через компараторы 9 и 10 пределов минимума и максимума к первому и второму входу элемента "ИЛИ" 11, к третьему и четвертому управляющим входам которого подключены соответственно выходы компараторов 12 и 13 дисперсии и информационного показателя Фишера. Первый и второй выходы вычислителя 8 подключены соответственно к блокам 14 и 15 памяти величин дисперсии и информационного показателя Фишера, выходы которых подключены к соответствующим опорным входам компараторов 12 и 13, другие входы которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходу вычислителя 8. Выход элемента "ИЛИ" 11 подключен к блоку 16 световой и звуковой индикации и через коммутатор 17 - ко входу аппарата 18 физиотерапевтического или иного физического воздействия. Кроме того, устройство содержит счетчик 19 числа дыхательных циклов и триггер 20 управления элементом "ИЛИ" 11.

В качестве вычислителя 8 может быть использован любой микропроцессор, "прошитый" в соответствии с формулой вычисления дисперсии и информационного показателя Фишера I = N/σ², где σ² - дисперсия, а N - число дыхательных циклов).

В качестве блоков 14 и 15 памятей могут быть использованы любые ПЗУ.

Предлагаемый способ контроля и ограничения внешних нагрузок заключается в непрерывной диагностике состояния организма человека, при которой контролируют отношение частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д и дисперсию этого отношения или информационный показатель Фишера.

Кроме того, особенностью заявляемого способа является то, что при значении f_п/f_д меньше 3 или больше 5 и увеличении дисперсии или информационного показателя Фишера этого отношения больше чем на 20% относительно исходного состояния до начала действия внешней нагрузки через время переходного процесса уменьшают, или прекращают, или предпринимают профилактические меры для нормализации вышеуказанных показателей.

При этом время переходного процесса, характерного для реакции организма на действие внешней нагрузки, выбирают равным 20 дыхательным циклам.

Следует отметить, что контроль за изменениями дисперсии осуществляют только тогда, когда временные периоды ее оценки до физического воздействия и после физического воздействия одинаковы, например, 20 дыхательных циклов.

Если временные периоды оценки существенно различны, например, при оценке длительных воздействий в течение десятков минут или даже суток, то вместо контроля дисперсии осуществляют оценку по изменению информационного показателя Фишера.

Выбор оценки по дисперсии или по информационному показателю Фишера может осуществляться автоматически (программным обеспечением) при изготовлении устройства.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сигналы с датчиков 1 и 2 пульса и дыхания через усилители 3 и 4 и АЦП 5 и 6 поступают на блок 7 деления для вычисления f_п/f_д, с выхода которого значения отношения поступают на входы компараторов 9 и 10 и вычислителя 8. В последнем происходит вычисление дисперсии отношения f_п/f_д и информационного показателя Фишера этого отношения.

До начала действия внешней нагрузки значения дисперсии и показателя Фишера записывают в блоки 14 и 15 памяти соответственно.

Через время, большее длительности переходного процесса, характерного для реакции организма на внешнюю нагрузку, конкретно 20 дыхательных циклов, счетчик 19 устанавливает триггер 20 в состояние, разрешающее элементу "ИЛИ" 11 передавать сигнал на блок 16 и коммутатор 17, управляющий работой источника 18.

Время, за которое вычисляется дисперсия f_п/f_д до начала и после внешнего воздействия, целесообразно брать больше продолжительности 20 (двадцати) дыхательных циклов, так как это характерная длительность переходного процесса в контуре регуляции частоты пульса и дыхания. Если действие внешней нагрузки продолжается более 20 дыхательных циклов (в большинстве случаев это так), то с каждым последующим дыхательным циклом величина дисперсии может меняться, но критическим является только то текущее ее значение, которое превышает более чем на 20% значение дисперсии, вычисленное до начала внешней нагрузки и хранящееся в блоке 14 памяти. Информационный показатель Фишера f_п/f_д и сравнение его текущего значения с значением, хранящимся в блоке 15 памяти, используется в том случае, когда время вычисления его значения до и во время внешней нагрузки различны. Например, при контроле действия длительных внешних воздействий время вычисления изменений целесообразно брать в течение нескольких часов или за сутки.

К контролю таких видов внешних нагрузок можно отнести влияния магнитной бури, изменений погоды, разных экологических нагрузок (шум, вибрация, электромагнитные поля, повышение радиоактивного фона, изменение химического и газового состава и других параметров внешней среды), эмоциональная нагрузка, особенно у детей, действие экстремальных условий (работа водителя транспортного средства, пилота самолета, космонавта, машиниста, шахтера, водолаза, альпиниста, монтажника-высотника, врача-хирурга во время проведения операции, человека-оператора, диспетчера и т.д.).

Нормированный вид информационного показателя Фишера в отличие от дисперсии позволяет корректно сравнивать разные по длительности времена его вычисления до и во время внешней нагрузки.

Полезность предлагаемого способа заключается в возможности выявления доклинических нарушений функционального состояния и здоровья человека, в возможности прогнозирования неблагоприятных реакций (ошибок, аварий) и своевременном их предупреждении, профилактики нарушений здоровья или передозировки физиотерапевтической или спортивно-тренировочной нагрузки.

Пример 1. Больная С. 66 лет. Трофическая язва левой голени 5 см². Во время сеанса электротерапии спустя 15 минут с начала электростимуляции области язвы включилась световая и звуковая индикация неблагополучия (красный светодиод и звук на аппарате), одновременно отключилось питание электростимулятора. На табло устройства величина ЧСС/ЧД (т.е. f_п/f_д) больше 5 (6, 7), а дисперсия увеличилась по сравнению с исходным уровнем больше чем на 20%. За 20 дыхательных циклов до начала сеанса дисперсия равнялась 0,40. За последние 20 дыхательных циклов, предшествующих сигналу опасности, дисперсия равнялась 0,62. Запись ЭКГ сразу после окончания сеанса показала наличие тахикардии и аритмии в работе сердца, которые быстро купировались. Сопутствующим заболеванием данной больной является ишемическая болезнь сердца. Индивидуальное дозирование физиотерапевтического воздействия предотвратило обострение и побочные эффекты. Уменьшение силы тока восстановило положительную реакцию усиления микроциркуляции у данной больной, что позволило контролировать эффективность физиотерапии и выбранных параметров электростимуляции.

Пример 2. Сравнивали количества ошибок при выполнении оператором (студенты в разное время суток, в периоды подготовки и сдачи экзаменов) при выполнении тестов на физическую и умственную усталость. В первом случае фиксировали число замыканий цепи по загоранию лампочки при проведении электрического щупа между рядами электрических контактов. Физическая усталость и тремор рук увеличивали число ошибок. Во втором случае подсчитывалось число ошибок по зачеркиванию гласных букв в тексте при заданном времени предъявления текста (число незачеркнутых). Сравнивали результаты в те периоды, когда по показаниям устройства наблюдалось отклонение ЧСС/ЧД (f_п/f_д)от нормального диапазона и увеличение дисперсии f_п/f_д больше 20%, с результатами в периоды нормального состояния. При f_п/f_д меньше 3 количество ошибок по физическому тесту возрастало в 2,6 раза, а по умственному в 3,2 раза. При f_п/f_д больше 5 количество ошибок также статистически достоверно увеличивалось по физическому тесту в 1,5 раза, а по умственному в 1,3 раза. Использование способа также целесообразно для тестирования и контроля состояния водителей транспортных средств, операторов атомных станций и при выполнении сложных и ответственных работ.

Пример 3. При тренировке бегуна в беге на 1500 метров включение звуковой и световой индикации выхода f_п/f_д за пределы нормального диапазона (больше 5, а именно 7,2) и увеличении дисперсии больше чем на 20% оказалось легко устранять соответствующим волевым учащением или замедлением с углублением дыхания, что позволило увеличить скоростную выносливость и достичь лучших индивидуальных результатов в беге на эту дистанцию.

Пример 4. На велоэргометре "РИТМ" проводили полуавтоматическую оптимизацию интенсивности нагрузки по хронодиагностическим показателям предлагаемого способа. При выходе за нормальный диапазон отношения f_п/f_д и увеличении дисперсии и информационного показателя Фишера этого отношения больше 20% переключали нагрузку вручную на меньшую в 2-3 раза, а при восстановлении нормальных показателей вновь ее увеличивали. До начала велоэргометрии величина информационного показателя Фишера была стабильной (определение за 20 дыхательных циклов I= 53,5, за 2 минуты до нагрузки I=54,0). Включение сигнала опасности произошло после 10 минут нагрузки I=71. Сравнение выполненной работы в этом случае по сравнению с используемым способом контроля нагрузки только по частоте пульса (методика для велотренажеров фирмы Tunturi - поддержание частоты пульса не выше 170 ударов в минуту или тест PWC150 для лиц старше 60 лет) оказался больше, а субъективно нагрузка и усталость были меньше. В отличие от оценки физической нагрузки по абсолютной величине частоты пульса в предлагаемом способе используется нормированная величина по частоте дыхания, которая не зависит от возраста и тренированности человека.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, особенностью которой является использование определенного диапазона отношения f_п/f_д и одновременно показателей дисперсии или информационного показателя Фишера, позволяет достигнуть поставленный технический результат.

ЛИТЕРАТУРА
1. Эльянов М. Медицинские информационные технологии 2000. Каталог. -М.: Изограф, 2000. -128 с.

2. Ритм сердца у спортсменов (под ред. P.M. Баевского и Р.Е. Мотылянской. -М.: Физкультура и спорт, 1986. -143 с.

Изобретение относится к области медицины. Способ предназначен для увеличения точности определения индивидуально допустимых границ внешних нагрузок и своевременного их ограничения. Способ заключается в непрерывной диагностике состояния организма человека, при котором контролируют отношение частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д и дисперсию этого отношения или информационный показатель Фишера этого отношения. При значении f_п/f_д меньше 3 или больше 5 и увеличении дисперсии или информационного показателя Фишера больше чем на 20% относительно исходного состояния нагрузку уменьшают или прекращают. Способ позволяет точно определить индивидуально допустимые границы внешних нагрузок для своевременного их ограничения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля и ограничения внешних нагрузок, заключающийся в непрерывной диагностике состояния организма человека, при которой контролируют отношение частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д и дисперсию этого отношения или информационный показатель Фишера этого отношения, причем при значении f_п/f_д меньше 3 или больше 5 и увеличении дисперсии или информационного показателя Фишера этого отношения больше чем на 20% относительно исходного состояния до начала действия внешней нагрузки в течение времени, не меньшего длительности переходного процесса, характерного для реакции организма на действие внешней нагрузки, уменьшают, или прекращают внешнюю нагрузку, или предпринимают профилактические меры для нормализации вышеуказанных показателей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время переходного процесса для реакции организма на действие внешней нагрузки выбирают равным не менее 20 дыхательным циклам.