СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ ПРИ ХОДЬБЕ НА ТРЕДМИЛЕ Российский патент 2002 года по МПК A61B5/02 A61H1/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле для больных, перенесших инфаркт миокарда.

Дозированная ходьба на тредмиле является одним из физиологичных способов первичной и вторичной профилактики атеросклероза и восстановительного лечения больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Широкому использованию ее в реабилитации больных препятствует ряд не решенных до конца проблем, главной из которых являются отсутствие адекватных способов дозирования нагрузки и расчета скорости ходьбы, эргометрически эквивалентной показателям физической работоспособности, полученным при велоэргометрии.

Известен способ определения мощности нагрузки при ходьбе, при котором индивидуальный темп определяют с помощью формулы регрессии (Николаева Л.Ф., Аронов Д.М. Реабилитация больных ИБС. - М.: Медицина, 1988.-288 с.):
Х=0,042 Н+0,15 ч+65,5,
где Х - искомый темп ходьбы (шагов в минуту),
Н - максимальная мощность нагрузки, выполненной в течение 3 мин (кгм/мин),
ч - ЧСС на высоте нагрузки при ВЭМ (мин).

Однако известный способ недостаточно эффективен, так как не учитывается индивидуальная длина шагов, вследствие чего уменьшается точность дозирования мощности нагрузки.

Как и любая формула регрессии, данная формула верна прежде всего для контингента лиц, при исследовании которых она получена.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату является способ определения мощности нагрузки при ходьбе на пересеченной местности с определенными градусами подъема (М.С. Набиулин, Н.В. Тихонов, А.А. Веряев. - Кардиология. - Москва, 1997. - С. 41-42), при котором индивидуальный темп определяют с помощью формулы пропорциональной зависимости мощности нагрузки при ходьбе с различным уклоном местности и величины кинетической энергии:
N = α(1+K×β)m×V2cp

Однако известный способ не может быть использован для расчета мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле вследствие того, что биомеханика последней отличается от ходьбы на местности прежде всего из-за ослабления силы толчковых движений ног как одного из главных энергозатратных звеньев.

Ходьба на тредмиле отличается и сложной формой взаимоотношений кинетической и потенциальной части энерготрат в зависимости от скорости, вследствие этого, невозможностью успешного растворения последней в кинетической части. Это было возможно в прототипе, где потенциальная часть прирастала пропорционально кинетической.

Положительным результатом предлагаемого изобретения является повышение точности дозирования мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле с учетом скорости и угла подъема.

Положительный результат достигается тем, что индивидуально определяют скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле: N₀=(V-0,94)/0,056, причем максимальный угол подъема дорожки - (4±1)%, что составляет (25±2)%-ной потенциальной части энерготрат.

Для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле была набрана группа здоровых лиц мужского пола (22) в возрасте от 23 до 29 лет (средний возраст 25,6±3,4 лет).

Все испытуемые выполняли нагрузку ходьбой на тредмиле со ступенеобразно возрастающей скоростью 3,3-4,7-5,8-6,7 км/ч, причем каждая ступень тестировалась при различных углах подъема бегущей дорожки (0-2-4-6-8^o). На каждой ступени нагрузки регистрировались ЭКГ, ЧСС, Адс, Адд, общие энерготраты в метаболических единицах (мет), подсчитывалась частота шага, рассчитывалась длина, отношение Ч_ш/Д_ш и отношение периодов сокращения сердца и скелетной мускулатуры (Т_с/Т_ш), как показатель синхронизации их.

В основу анализа полученного материала была положена зависимость величины приращения сердечных сокращений (ΔЧСС) от мощности выполняемой нагрузки и связь последней с характеристиками движения - скорость (V), углом подъема дорожки (α).
В результате проверки различных гипотез относительно связи ЧСС с кинематическими и динамическими параметрами движения на тредмиле оказалось, что наиболее приемлемой является следующая функциональная зависимость:
ΔЧСС=f(V)=а+в•V (1), где
ΔЧСС - величина приращения частоты сердечных сокращений;
"а" и "в" - некоторые коэффициенты, зависящие от угла наклона тредмила к плоскости горизонта, при этом коэффициент "а" описывает потенциальную часть энерготрат, а "в" - кинетическую;
V - скорость дорожки, км/ч;
f - функционал от V.

Приведенная зависимость (1) является статистической, параметры (ΔЧСС, V), входящие в нее и принадлежащие к каждому из тестируемых пациентов, удовлетворяют ему приближенно, поэтому поиск коэффициентов "а" и "в" возможен путем минимизации суммы квадратов отклонений в равенстве (1) по всем пациентам. Таким образом, используется стандартный метод математической статистики - метод наименьших квадратов

где i - номер пациента;
F - функционал от а и b;
∑ - знак суммы.

Функционал F (а, b) в соответствии с методом минимизировался для каждого фиксированного угла наклона тредмиле (0^o, 2^o, 4^o, 6^o, 8^o). В результате мы получили, что углу 0^o соответствуют коэффициенты а₀=-7,88; b₀=6,06; углу 2⁰ - а₂=-10,96; b₂=6,99; углу 4⁰ - а₄=-11,81; b₄=8,52; углу 6⁰ - а₆=-10,22; b₆= 9,86; углу 8⁰ - а₈=-8,61; b₈=11,06.

Данные приведены для тех случаев, когда скорость измеряется в км/ч, а ΔЧСС в уд/мин.

Если на координатных плоскостях (α, а) и (α, b) отметить полученные значения, то нетрудно увидеть, что коэффициент "b" зависит линейно от угла α, а коэффициент "а" нелинейно.

С помощью того же метода можно получить зависимости "а" (α) и "b" (α). В рамках одинаковой точности вычислений получены следующие их значения:
a(α) = -(0,127-0,028α+0,0053α²-0,00025α³)^-1;
b(α) = 5,92+0,64α.
В результате математической обработки предложена формула для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле:

где N - мощность нагрузки (Вт);
α - угол подъема тредмила;
V - скорость дорожки (км/ч).

Для упрощения расчета рекомендуется использование формулы для подъема дорожки, равного 0^o:
N₀=(V-0,94)/0,056, где
N - мощность нагрузки, Вт;
V - скорость дорожки, км/ч;
0,94 и 0,056 - коэффициенты для 0^o подъема дорожки.

При изменении угла подъема и скорости дорожки тредмила, искомая мощность составляет следующие величины (таблица 1):
Валидность формулы проверялась путем введения в нее произвольно взятой мощности нагрузки (60 и 120 Вт) и расчета скорости ходьбы для исследованных углов подъема. Производилось сопоставление ЧСС при различных углах подъема с этим же показателем при ходьбе с нулевым подъемом дорожки. Полученные данные приведены в таблице 2. Изменения ЧСС при ходьбе на тредмиле со стандартной мощностью нагрузки с меняющимися скоростью и углами подъема.

При заданной мощности нагрузки в 60 Вт, что соответствовало при 0^o 4,3 км/ч, ЧСС составила (118,5±4,7) уд/мин, а при увеличении угла наклона до 8^o и уменьшении скорости в 1,8 раза ЧСС осталась практически прежней ((112,8±3,7) уд/мин) (Р>0,05).

При мощности нагрузки в 120 Вт скорость ходьбы при 0^o равнялась 7,6 км/ч и при увеличении степени уклона до 8^o уменьшилась до 4,2 км/час; ЧСС осталась прежней (131,4±4,8 и 130,4±5,1 уд/мин соответственно) (Р>0,05).

Все это свидетельствует о том, что разработанная формула валидна и позволяет с достаточной точностью вычислить по заданной мощности скорость ходьбы с различными градусами уклона, а по скорости - физическую работоспособность. Это особенно важно для больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, у которых имеет место снижение сократительной способности миокарда, а физическая работоспособность ограничена и имеет конкретную величину - толерантность к физической нагрузке (ТФН).

Заявленный способ апробирован на поликлиническом этапе реабилитации на 46 больных в процессе физических тренировок ходьбой на тредмиле. Тренирующий уровень нагрузки обеспечивается скоростью ходьбы на тредмиле, которая соответствует 50% от пороговой мощности, определенной при ВЭМ. Пороговой считается та ступень нагрузки, при которой проявляются объективные критерии прекращения теста (смещение ST вниз или вверх от изолинии не менее чем на 1 мм, частая желудочковая экстрасистолия, снижение систолического АД, подъем АД до 230 мм рт. ст., приступ стенокардии, удушье и др.).

С целью адекватного использования морфо-функциональных особенностей пациента, перенесшего инфаркт миокарда, в процессе реабилитации предложено, что максимальный подъем дорожки составляет 4±1^o.

Способ осуществляют следующим образом:
1. Проводят велоэргометрию для установления пороговой мощности нагрузки.

2. Определяют оптимальную мощность тренирующей нагрузки на тредмиле, рассчитанной исходя из 50% от пороговой мощности нагрузки, установленной при ВЭМ.

3. Определяют индивидуальную скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле:
N₀=(V-0,94)/0,056.

С последующим уменьшением ее за счет угла подъема (оптимальный для больных, перенесших инфаркт миокарда (4±1)^o). Это составляет в среднем 25±2% от общей мощности нагрузки.

4. Проводят пробу на тредмиле с рассчитанной скоростью, с контролем за субъективным самочувствием, регистрацией ЧСС и АД, подсчет частоты шага в 1 мин.

5. При адекватной реакции больного на нагрузку проводят тренировки в данном режиме.

Уровень нагрузки при тренировках ходьбой на тредмиле до 50% от пороговой рекомендуется вследствие его хорошей переносимости всеми больными, независимо от ТФН, наблюдаемого в физиологических пределах темпа, а также эффективности велоэргометрических тренировок, дозированных таким образом.

Продолжительность тренировок ходьбой на тредмиле составляет 30 мин в день, максимальный угол подъема дорожки - 4^o.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Больной О. , 60 лет, М - 92 кг. Диагноз: ИБС, крупноочаговый передний инфаркт миокарда от 26.11.98 г. H₀. Поступил из санатория на поликлинический этап реабилитации на 45 день от возникновения инфаркта миокарда. Принимает нитраты, β-адреноблокаторы.

На второй день проведена ВЭМ. Пороговая мощность составила 120 Вт. Максимальная ступень нагрузки, выполненная в течение 3 мин - 90 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 119,6 в 1 мин. Нагрузка, составляющая 50% от пороговой, равна 120 Вт •50%: 100%=60.

Скорость ходьбы для 0^o подъема дорожки при расчете по формуле составила 60•0,056+0,94= 4,3 км/ч. 25% данной скорости составляет потенциальная часть энерготрат (угол подъема дорожки). Следовательно, тренирующая скорость равна 3,2 км/ч.

Тренировки проводились в течение 23 дней. Продолжительность тренировок составляла 30 мин 5 дней в неделю. Переносимость нагрузок удовлетворительная, больной отмечал комфортность двигательного режима. Через месяц проведена повторная ВЭМ. Пороговая мощность 150 Вт. Максимальная ступень нагрузки, выполненная в течение 3 мин - 120 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 120 в 1 мин.

Пример 2.

Больной А., 58 лет, М - 77 кг. Диагноз: ИБС, крупноочаговый задне-боковой ИМ от 18.10.98 г. H_I. Поступил в поликлиническое отделение АККД на 44 день от начала ИМ.

Принимает нитраты, β-адреноблокаторы и антагонисты Са. ВЭМ проведена на 3-й день. Пороговая мощность 90 Вт. Максимальная выполненная ступень нагрузки 60 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 141 в 1 мин. 50% ПМ = 45 Вт.

Скорость ходьбы для 0^o подъема дорожки при расчете по формуле составила 45•0,056+0,94= 3,4 км/ч. 25% данной скорости составляет потенциальная часть энерготрат (угол подъема дорожки). Следовательно, тренирующая скорость равна 2,5 км/ч.

После тренировок в течение 24 дней продолжительностью 30 минут проведена повторная ВЭМ. Пороговая мощность 120 Вт. Максимально выполненная ступень нагрузки 90 Вт. Пороговая ЧСС 144 в 1 мин.

Использование предлагаемого способа реабилитации позволило увеличить максимально выполненную мощность нагрузки при ВЭМ у 46 больных, перенесших ИМ, за период тренировок на 15%. Позволяет адекватно дозировать мощность нагрузки, скорость ходьбы на тредмиле, эргометрически эквивалентно показателям физической работы, полученным при ВЭМ.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для больных, перенесших инфаркт миокарда. Положительный результат: индивидуально определяют скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле, а максимальный угол подъема дорожки составляет (4±1)^o, что является (25±2)%-ной потенциальной частью энергозатрат для больных с инфарктом миокарда. Способ позволяет с высокой точностью, индивидуально дозировать мощность нагрузки при ходьбе на тредмиле. 2 табл.

Способ определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле путем определения тренирующего уровня нагрузки N₀, соответствующего 50% от пороговой мощности нагрузки, измеренной при велоэргометрии, отличающийся тем, что определяют индивидуальную скорость тренирующей ходьбы при 0^o подъема дорожки по формуле
V= 0,94+ N₀•0,056,
где V - скорость движения дорожки тредмила, км/ч;
N₀ - тренирующий уровень нагрузки на велоэргометре, Вт;
0,94 и 0,056 - размерные коэффициенты до 0^o подъема дорожки,
причем оптимальным углом подъема дорожки является угол (4±1)^o.