СПОСОБ ОЦЕНКИ УТОМЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2003 года по МПК A61B5/16 A61B3/00 

Изобретение относится к медицине и предназначено для оценки утомления человека.

Известен способ определения утомления спортсмена в циклических видах деятельности путем предъявления тестовой нагрузки в виде основной деятельности с заданной интенсивностью и регистрации частоты сердечных сокращений в период оптимальной работоспособности, предъявления в момент определения утомления той же тестовой нагрузки, соответствующей по интенсивности измеренному ранее значению частоты сердечных сокращений, и вычисления индекса утомления I по формуле I=ΔW/W, где ΔW - изменение интенсивности тестовой нагрузки, W - интенсивность тестовой нагрузки в период оптимальной работоспособности, и определении утомления при значении индекса утомления более нуля (а.с. СССР 1533654, кл. А 61 В 5/16).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения степени утомления человека путем периодического измерения критической частоты слияния световых мельканий красного и зеленого светов с последующим определением разности полученных величин, причем подают световые мелькания только на один глаз последовательно зеленым и красным цветами и при разнице критических частот меньше 0,3 Гц диагностируют утомление (а.с. СССР 1436991, кл. А 61 В 5/16).

Недостатком известных способов оценки утомления человека является принятая линейная зависимость между значениями измеряемого параметра и степенью утомления, отсутствие возможности определения времени наступления переутомления с учетом индивидуальных особенностей конкретного человека.

Известно, что эффективность работы обусловлена степенью соответствия нагрузки индивидуальным особенностям каждого конкретного человека. Одни и те же нагрузки могут оказать различное и прямо противоположное воздействие - повышение работоспособности при соответствии нагрузки функциональному состоянию человека и, наоборот, переутомление, а иногда и развитие различных пред- и патологических состояний, если должное соответствие не обеспечено. Доказано, что при интенсивных и продолжительных физических нагрузках и связанного с ними переутомления снижается активность лейкоцитов и ухудшается функция защитных механизмов. Основную роль в предупреждении нежелательных явлений играет строгая индивидуализация нагрузки, не допускающая переутомления /1, 2/.

В то же время повышение работоспособности человека происходит тогда, когда организм, сталкиваясь с утомлением, ведет с ним борьбу и стремится отодвинуть момент его наступления, а если оно все же наступает, продолжает работу. Последнее обстоятельство - продолжение работы, несмотря на то, что утомление уже наступило, особенно важно, так как без утомления повышение работоспособности не возможно, но при переутомлении продолжение работы станет вредным. Грань между утомлением и переутомлением очень тонка, что требует тщательного контроля степени утомления человека /1, 2/.

Также известно, что при формировании и тренировке трудовых и спортивных навыков происходит совершенствование условно-рефлекторных связей и установление согласованной работы органов и систем. Исследования показали, что в результате тренировки у спортсменов происходит полная перестройка взаимодействия между системами организма, создается такая их форма, которая является наиболее благоприятной для получения необходимого результата. Получены данные об изменении внутрисистемных и межсистемных связей периферических систем в процессе нагрузок различной длительности, о поведении конкретных связей у конкретных лиц. Полученные данные находят объяснение с позиций теории функциональной системы, разработанной П.К. Анохиным, из которой следует способность организма объединять разнородные органы на функциональной основе путем получения информации о конечном полезном результате, в итоге функциональной системой принимается решение, создающее новое состояние. При этом все процессы жизнедеятельности человека протекают во времени ритмично, и приспособление организма к внешним воздействиям реализуется как колебательное /3, 4, 5, 6, 7, 8/.

Это позволяет анализировать динамику утомления человека, используя теорию автоматического регулирования /9/. В общем случае переходные процессы, происходящие в организме, описываются дифференциальными уравнениями первого или второго порядка /7/, поэтому для оценки утомления человека по какому-либо параметру необходимо иметь возможность наблюдать динамику этого параметра, т.е. скорости или ускорения его изменения.

Предлагаемый способ оценки утомления человека путем периодического измерения критической частоты слияния световых мельканий (КЧСМ) отличается тем, что по измеренным значениям КЧСМ вычисляют скорость изменения КЧСМ и строят фазовую траекторию динамики КЧСМ на фазовой плоскости /10, 11/ в координатах "значение КЧСМ - скорость изменения КЧСМ", при этом абсолютное значение КЧСМ в данный момент отображается значением координаты по оси X, скорость изменения КЧСМ отображается координатой по оси Y, если скорость изменения положительна - точка находится над осью X, если отрицательна - под осью X, по окончании времени врабатывания время наступления утомления определяют по изменению направления фазовой траектории от убывающего участка к возрастающему, время наступления переутомления - по изменению направления фазовой траектории от возрастающего участка к убывающему.

Предлагаемый способ оценки утомления человека осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют тестовую нагрузку заданной интенсивности и периодически измеряют КЧСМ. По измеренным значениям вычисляют скорость изменения КЧСМ и строят фазовую траекторию динамики КЧСМ на фазовой плоскости в координатах "значение КЧСМ - скорость изменения КЧСМ". При этом каждая точка на фазовой плоскости несет следующую информацию:
- абсолютное значение КЧСМ в данный момент отображается значением координаты по оси X;
- скорость изменения КЧСМ отображается координатой по оси Y;
- если скорость изменения положительна - точка находится над осью X, если отрицательна - под осью X.

По окончании времени врабатывания наступление времени утомления определяют по изменению направления фазовой траектории от убывающего участка к возрастающему, время наступления переутомления - по изменению направления фазовой траектории от возрастающего участка к убывающему.

Заявляемый способ оценки утомления человека, основанный на построении и анализе фазовых траекторий динамики КЧСМ, позволяет для конкретного человека
- определить время наступления утомления;
- определить время наступления переутомления.

Таким образом, заявляемый способ отличается от известных новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример 1. Испытуемая Л. , 44 года, физической культурой и спортом не занимается. Тестирование выполнялось с использованием велоэргометра ВЭ-05 "Ритм" ТУ 200 УССР 45-86 при работе сидя. Величина нагрузки постоянной мощности принималась равной 75% должного максимального поглощения кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского. Во время тестирования выполнялся постоянный контроль общего состояния испытуемой по ее субъективным ощущениям (врабатываюсь, работаю без напряжения, работаю с напряжением и испытываю усталость, работать очень тяжело), внешнего вида испытуемой, ее частоты сердечных сокращений и артериального давления, изменения которых служили врачу основанием для определения времени врабатывания, наступления утомления и прекращения тестирования при наступлении переутомления. Измерение КЧСМ производилось в начале тестирования и через каждые 100 оборотов велоэргометра.

Данные измерений КЧСМ при тестировании представлены в таблице 1, фазовая траектория динамики КЧСМ - на фиг.1, на которой пунктиром отображен процесс врабатывания.

В соответствие с субъективными ощущениями испытуемой и заключениями врача фазовая траектория от точки 1 до точки 6 отображает процесс врабатывания, от точки 6 до точки 11 - работу без напряжения, от точки 11 до точки 14 - работу с напряжением в состоянии усталости (утомления), от точки 14 до точки 16 - работу в состоянии переутомления.

Анализ фазовой траектории в сопоставлении с субъективными ощущениями испытуемой и заключениями врача на основании медицинских показателей позволяет определить по окончании времени врабатывания наступление времени утомления по изменению направления фазовой траектории от убывающего участка к возрастающему, время наступления переутомления - по изменению направления фазовой траектории от возрастающего участка к убывающему. При этом наступление переутомления по фазовой траектории выявляется раньше, чем по медицинским показателям.

Пример 2. Испытуемая У., 36 лет, занимается спортом, кандидат в мастера спорта по бадминтону. Тестирование испытуемой выполнялось аналогично испытуемой Л. Данные измерений КЧСМ при тестировании представлены в таблице 2, фазовая траектория динамики КЧСМ - на фиг.2, на которой пунктиром отображен процесс врабатывания.

В соответствие с субъективными ощущениями испытуемой (врабатываюсь, работаю без напряжения, работаю с напряжением и появилась усталость, работаю с напряжением и испытываю усталость, работаю с напряжением и борюсь с усталостью, работать очень тяжело) и заключениями врача на основании медицинских показателей фазовая траектория от точки 1 до точки 6 отображает процесс врабатывания, от точки 6 до точки 9 - работу без напряжения, от точки 9 до точки 11 - работу с напряжением и появлением усталости, от точки 11 до точки 18 - работу в состоянии усталости, от точки 18 до точки 20 - работу с преодолением усталости (утомления), от точки 20 до точки 24 - работу в состоянии переутомления.

Анализ фазовой траектории в сопоставлении с субъективными ощущениями испытуемой и заключениями врача позволяет определить по окончании времени врабатывания наступление времени утомления по изменению направления фазовой траектории от убывающего участка к возрастающему, время наступления переутомления - по изменению направления фазовой траектории от возрастающего участка к убывающему. При этом наступление переутомления, как и для испытуемой Л., по фазовой траектории выявляется раньше, чем по медицинским показателям.

Таким образом, предлагаемый способ оценки утомления человека позволяет определить время наступления борьбы с утомлением и перехода от состояния утомления к состоянию переутомления.

Литература
1. Дембо А. Г. Причины и профилактика отклонений в состоянии здоровья спортсменов. - М.: Физкультура и спорт, 1981. -120 с.

2. Спортивная медицина. Руководство для врачей / Под ред. А.В. Чоговадзе, Л.А. Бутченко. - М.: Медицина, 1984. - 384 с.

3. Фалалеев А. Г. Динамика взаимосвязей между двигательными и вегетативными функциями при физических нагрузках // Актуальные вопросы медико-биологической оценки функциональной подготовленности спортсменов: Сб. науч. тр. - Л.: ЛНИИФК, 1981. - С. 47-56.

4. Солодков А.С. Адаптация в спорте: теоретические и прикладные аспекты // Теория и практика физической культуры. -1990. - 5. - С. 3-5.

5. Солодков А.С., Судзиловский Ф.В. Адаптивные морфофункциональные перестройки в организме спортсменов //Теория и практика физической культуры. - 1996. - 7. - С. 23-26, 39.

6. Анохин П. К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, 1980. - 196 с.

7. Аветисов Э.С., Розенблюм Ю.З. Вопросы офтальмологии в кибернетическом освещении. - М.: Медицина, 1973. - 224 с.

8. Семенова Т.Д. Суточные ритмы физиологических ритмов при экстремальных воздействиях // Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организации биосистемы. - М.: Наука, 1976. - С. 120-130.

9. Основы автоматического управления / Под ред. В.С. Пугачева. -3-е изд. , исправл. и доп. - М.: Наука, 1974. - 720 с.

10. Коровин С.К., Миловидов Н.Н. Метод фазовой плоскости // Большая советская энциклопедия. - 3-е изд. - Т. 27. - С. 542-544.

11. Плисе В.А. Качественная теория дифференциальных уравнений // Математическая энциклопедия. - Т. 2. - С. 765-771.

Изобретение относится к медицине и предназначено для оценки утомления человека. Для этого периодически измеряют критическую частоту слияния световых мельканий. Вычисляют скорость изменения критической частоты световых мельканий. Затем строят фазовую траекторию динамики критической частоты световых мельканий в координатах "значение критической частоты световых мельканий - скорость изменения критической частоты световых мельканий". При этом абсолютное значение критической частоты световых мельканий в данный момент отображают значением координаты по оси X, скорость изменения критической частоты световых мельканий отображают координатой по оси Y. Если скорость изменения положительна - точка находится над осью X, если отрицательна - под осью X. Время наступления утомления и переутомления определяют по изменению направления фазовой траектории. Способ позволяет анализировать динамику утомления человека. 2 табл., 2 ил.

Способ оценки утомления человека путем периодического измерения критической частоты слияния световых мельканий, отличающийся тем, что по измеренным значениям вычисляют скорость изменения критической частоты световых мельканий и строят фазовую траекторию динамики критической частоты световых мельканий в координатах "значение критической частоты световых мельканий - скорость изменения критической частоты световых мельканий", при этом абсолютное значение критической частоты световых мельканий в данный момент отображают значением координаты по оси X, скорость изменения критической частоты световых мельканий отображают координатой по оси Y, при этом, если скорость изменения положительна - точка находится над осью X, если отрицательна - под осью X, время наступления утомления и переутомления определяют по изменению направления фазовой траектории.