СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ Российский патент 2021 года по МПК G01N33/50 

Изобретение относится к медицине, в частности его возможно использовать в здравоохранении, медицинской и спортивной диагностике. Способ определения уровня работоспособности спортсмена включает тестирование слюны с помощью биолюминесцентного анализа. Способ может быть использован в любых видах спорта у здоровых лиц, как при массовых обследованиях, так и в индивидуальном порядке на всех этапах тренировочного процесса и соревновательной деятельности.

Классическим способом определения физической работоспособности организма человека является выполнение 5-минутного Гарвардского степ-теста максимальной интенсивности [1, 2]. Применение данного способа ограничено наличием многочисленных противопоказаний к его проведению.

В настоящее время известны способы определения уровня физической работоспособности путем выделения последовательного временного ряда RR-длительностей и определения pNN5 - процента пар RR-интервалов с разностью 5 мс и более к общему числу кардиоинтервалов на 3-й минуте нагрузочного периода (патент № 2613937, от 29.08.2015), по объему выполненной работы до резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала (патент № 2491016, от 27.08.2013); способ определения уровня здоровья и физической работоспособности человека по предъявлению дозированной физической нагрузки для развертывания функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем (патент № 2299007, от 20.05.2007); способ определения тренированности спортсмена по объему форсированного выдоха в единицу времени, времени задержки дыхания, парциального давления углекислого газа крови и т.д. (патент № 2581257, от 20.04.2016).

Известные способы сложны и длительны в выполнении, малоинформативны, требуют наличия специального оборудования и высокоспециализированного персонала и не пригодны для массовых диагностических обследований и тестирования в индивидуальном порядке.

Для проведения периодического текущего функционального контроля за уровнем готовности спортсмена к тренировочным и соревновательным нагрузкам необходим поиск простых, доступных методов экспресс-диагностики, основанных на анализе изменений физико-химических параметров биологических материалов человека - крови, мочи, слюны и др. Изменения этих внутренних сред организма, постоянство которых обусловлено биологическим гомеостазом, свидетельствует об изменениях на соматическом и психоэмоциональном уровнях. Слюна является компонентом гомеостаза организма человека, изменение состава слюны свидетельствует об изменениях на соматическом уровне (область медицины) и на психоэмоциональном уровне (область психологии-психотерапии).

Близким по тестированию слюны к предложенному способу является способы лабораторного контроля уровня физической нагрузки на организм спортсмена-бадминтониста (патент № 2463962, от 15.07.2011) и спортсмена-волейболиста (патент № 2556371, от 30.06.2014). В данных способах контроль физического состояния основан на определении содержания кальция, фосфора, белка в слюне до и после физической нагрузки, а также через день после физической нагрузки. Данные способы имеют ограничения по возможности использования только к спортсменам-бадминтонистам или волейболистам, которые имеют отличный от других видов спорта режим тренировки.

Прототипом изобретения является способ определения уровня стрессоустойчивости человека (патент № 2665144, от 28.08.2018). Изобретение относится к медицине и может быть использовано для контроля и прогнозирования умственного утомления человека. Метод основан на фиксировании интенсивности биолюминесцентного свечения от биферментной системы светящихся бактерий: NADH:FMN-оксидоредуктаза+люцифераза. Добавление слюны в реакционную смесь будет воздействовать на маркеры - субстраты биолюминесцентных реакций, которая будет давать отклик в виде тушения свечения. Регистрация свечения (отклика) тест-системы может выявить метаболические изменения в слюне в малом количестве. Такой интегральный тест отражает состояние организма на молекулярном уровне, снимает проблемы с воспроизводимостью данных и больших ошибок измерения, свойственных биотестированию.

Недостаток прототипа в том, что с его помощью невозможно измерить уровень работоспособности спортсмена в динамике тренировочного процесса при различной физической нагрузке, так как результат теста основывается на измерении одной пробы слюны. Также в предложенном способе используются растворимые, а не иммобилизованные реагенты, что существенно увеличивает время тестирования.

Задачей предложенного изобретения является расширение возможности определения уровня работоспособности спортсмена в динамикенеинвазивными методами с исключением субъективных методов при оценке результатов и сокращение времени тестирования.

Поставленная задача решается за счет того, что у спортсмена берут 2 пробы слюны (до физической нагрузки и после нее) и определяют интенсивность остаточного свечения до и после физической нагрузки и далее уровень работоспособности в % по индексу ингибирования свечения Ii как разницу между показателями интенсивности свечения до физической нагрузки и показателями свечения после физической нагрузки по формуле Ii=Lk₀-Lk, причем при Ii от -10 до +10% включительно наблюдается высокая работоспособность спортсмена, а при Ii от -10% до -50% - уровень работоспособности спортсмена снижен.

Способ выполняют следующим образом:

Готовят следующее оборудование и реактивы: 0,05 М калий - фосфатный буфер (буфер) (рН 6,8-7); 0,0025% буферный раствор тетрадеканаля; 0,07 мМ буферный раствор никотинамидадениндинуклеотида (NADH); 0,16 мМ водный раствор флавинмононуклеотида (FMN); комплект реактивов аналитической биолюминесценции (КРАБ), содержащий люциферазу (L) из рекомбинантного бактериального штамма Escherichiacoli и оксидоредуктазу (R) из бактериальной культуры Vibriofischeri; люминометр, например, марки GloMax®-20/20 с набором кювет; центрифуга, например, EppendorfCentrifuge 5810 г.

Подготовка реакционной смеси: для приготовления буферных растворов для реакционной смеси используют 0,05 М калий-фосфатный буфер. Буфер готовят смешиванием солей 0,272 мг KH₂PO₄ и 0,283 мг Na₂HPO₄ в дистиллированной воде объемом 8 мл. Раствор 0,0025% тетрадеканаля готовят смешиванием 50 мкл 0,25%-ого спиртового раствора тетрадеканаля с 5 мл 0,05 М буфера. Раствор 0,07 мМ NADH готовят смешиванием 0.28 мг NADH с 1 мл буфера. Раствор FMN готовят смешиванием 2,3 мг с 10 мл дистиллированной водой. Ферменты готовят следующим образом: во флакон КРАБа вносят 5 мл буфера, полученный раствор выдерживают на льду в течение 30 мин, затем замораживают. Перед началом работы раствор с ферментами вновь выдерживают на льду в течение 20 минут.

Подготовка образцов слюны испытуемых/обследуемых. Образец слюны объемом 1 мл помещают в пластиковую кювету Эппендорфа, плотно закрывают крышку до щелчка. На пластиковую кювету Эппендорфа наклеивают этикетку с указанием номера, даты и времени отбора образца слюны. Образцы слюны хранят в морозильной камере преимущественно при температуре от -10° до -20°. Допускается хранение при комнатной температуре от +20° до +25° в течение 4 часов и холодильной камеры от +4° до -6° в течение 24 часов.

Перед проведением исследования пластиковую кювету Эппендорфа со слюной помещают в центрифугу и центрифугируют в течение 15 минут при частоте 5000 об/мин для осаждения остатков пищи, зубного налета и других твердых частиц. Для исследования используют надосадочную жидкость пробы слюны.

В кювету с компонентами реакционной смеси: 80 мкл 0,05 М калий фосфатного буфера; 5 мкл раствора КРАБа, 10 мкл 0,0025% раствора тетрадеканаля, 50 мкл 0,4 мМ раствора NADH, 10 мкл 0,5 мМ раствора FMN вносят 40 мкл надосадочной жидкости слюны одного из образцов, взятых до и после нагрузки (I_k0 и I_k). Помещают кювету в люминометр и регистрируют величину максимальной интенсивности свечения проб. Время анализа не более 2 минут. За результат измерений максимальной интенсивности свечения в пробах I_k0 и I_k принимают среднее арифметическое значение результатов трех параллельных измерений, полученных в условиях повторяемости.

Так же готовят контрольные пробы (без слюны). В кювету люминометра вносят последовательно все компоненты реакционной смеси (120 мкл 0,05 М калий фосфатного буфера; 5 мкл раствора КРАБа, 10 мкл 0,0025% раствора тетрадеканаля, 50 мкл 0,4 мМ раствора NADH, 10 мкл 0,5 мМ М раствора FMN, быстро перемешивают встряхиванием, помещают кювету в люминометр и регистрируют величину максимальной интенсивности свечения контрольных проб (I₀). Время анализа не более 2 минут. За результат измерений максимальной интенсивности свечения в контрольных пробах I₀ принимают среднее арифметическое значение результатов трех параллельных измерений, полученных в условиях повторяемости.

Вычисляют относительное значение максимальной интенсивности свечения I (%):

Вычисляют величину остаточного свечения по формулам 4, 5

Рассчитывают индекс ингибирования свечения Ii, которая равна разнице между показателями интенсивности свечения до физической нагрузки и показателями свечения после физической нагрузки (6):

где Ii - индекс ингибирования свечения, отражающий уровень работоспособности в %;

Lk₀ - показатель остаточного свечения образца (слюны) взятого до физической нагрузки, %;

Lk - показатель остаточного свечения образца (слюны) взятого после физической нагрузки, %.

При Ii от -10 до +10% включительно наблюдается высокая работоспособность спортсмена; от -10% до -50% - уровень работоспособности спортсмена снижен (указывает на снижение эффективности тренировки).

Пример. Способ измерения уровня работоспособности спортсмена апробирован в 2018 г. Обследована группа спортсменов лыжников, конькобежцев, саночников и бобслеистов, занимающиеся в Академии зимних видов спорта в количестве 26 человек. Исследуемый материал - слюна, собирался путем прямого оплевывания в пробирку. Забор образцов слюны производили два раза: до нагрузки, при тестировании на велоэргометре -нагрузка PWC170 и после однотипной тренировки в течение 45 минут.

Результаты обследования представлены в таблице 1. Определение работоспособности по методу Карпмана В.Л. и сотр. в 1969 г. показали наличие у них уровня высокого уровня работоспособности и сниженного. У 10 спортсменов Ii был выше 20% и PWC170 тестирование показало низкий уровень работоспособности. У одного спортсмена Ii был ниже 10%), но при этом PWC170 тестирование выявило низкий уровень работоспособности. У одного спортсмена Ii был выше 10%, но при этом PWC170 тестирование выявило высокий уровень работоспособности. Таким образом, совпадение результатов определения уровня работоспособности предложенным способом составляет 92%.

Технический результат от реализации предлагаемого способа;

- возможность диагностики уровня работоспособности спортсмена в динамике;

- возможность диагностики уровня работоспособности спортсмена неинвазивными методами;

- отсутствие субъективных факторов при оценке результатов;

- расширение арсенала способов определения уровня работоспособности спортсмена.

Таким образом, способ информативен, отвечает современным требованиям к методам лабораторной диагностики, позволяет выявить уровень работоспособности спортсмена.

Источники информации:

1. Карпман В.Л. Тестирование в спортивной медицине / В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208 с.

2. Воронин Р.М. Гарвардский степ-тест в оценке функционального состояния юношей 17-18 лет // Научные ведомости БелГУ. Серия: Медицина. Фармация. 2011. №22 (117) - С. 182-185.

3. Лапкин М.М., Михайлов В.М., Петров А.Б., Рекша Ю.М. Патент 2613937 РФ. Способ определения потенциального уровня физической работоспособности при субмаксимальном нагрузочном тестировании от 29.08.2015 г.

4. Минаков Ю.А., Полевщиков М.М., Роженцов В.В., Афоньшин В.Е. патент 2491016 РФ. Способ определения уровня физической работоспособности человека от 27.08.2013 г.

5. Оленев Е.А., Сушкова Л.Т. Патент № 2299007 РФ. Способ определения уровня здоровья и физической работоспособности человека от 20.05.2007 г.

6. Диверт В.Э., Кривощеков С.Г. патент №2581257 РФ. Способ определения тренированности спортсмена от 20.04.2016 г.

7. Шукайло Е.С. Патент 2463962 РФ. Способ лабораторного контроля уровня физической нагрузки на организм спортсмена-бадминтониста от 15.07.2011 г.

8. Голованова О.А., Чиканова Е.С. Патент № 2556371 РФ. Способ лабораторного контроля уровня физической нагрузки на организм спортсмена-волейболиста от 30.06.2014 г.

9. Кратасюк В.А., Жукова Г.В., Коленчукова О.А., Степанова Л.В., Сутормин О.С., Есимбекова Е.Н., Гульнов Д.В. Патент №2665144 РФ. Способ определения уровня стрессоустойчивости человека от 28.08.2018 г.

Изобретение относится к области медицины, а именно к общественному здравоохранению и спортивной медицине, и предназначено для определения уровня работоспособности спортсмена. Для осуществления способа исследуют слюну с помощью биолюминесцентного анализа. Измеряют величину максимальной интенсивности свечения пробы I₀ (без слюны) и Ik₀, Ik (пробы слюны до и после физической нагрузки). Рассчитывают величину остаточного свечения Lk₀ и Lk: до получения физической нагрузки Lk₀=Ik₀-I₀ (%); и после получения физической нагрузки Lk=Ik-I₀ (%). Затем рассчитывают индекс ингибирования свечения Ii (разница между показателями интенсивности свечения до физической нагрузки и показателями свечения после физической нагрузки, %) по формуле Ii=Lk₀-Lk. При Ii от +10% до -10% включительно наблюдается высокая работоспособность спортсмена. При Ii от -10% до -50% - уровень работоспособности спортсмена снижен (указывает на снижение эффективности тренировки). Использование изобретения позволяет повысить эффективность выявления уровня работоспособности спортсмена. 1 табл., 1 пр.

Способ определения уровня работоспособности спортсменов, заключающийся в биолюминесцентном тестировании слюны, в ходе которого определяют величины максимальной интенсивности свечения проб со слюной и величины максимальной интенсивности свечения контрольных проб без слюны, вычисляют остаточное свечение пробы со слюной в виде процента среднего арифметического значения трех параллельных определений величин максимальной интенсивности свечения проб, вычисляют люциферазный индекс контрольной пробы без слюны в виде процента среднего арифметического значения трех параллельных определений величин максимальной интенсивности свечения контрольных проб без слюны, рассчитывают люциферазный индекс стресса как разницу между показателями интенсивности свечения со слюной и без слюны; отличающийся тем, что у спортсмена берут 2 пробы слюны (до физической нагрузки и после нее) и определяют интенсивность остаточного свечения (люциферазный индекс) до и после физической нагрузки и далее уровень работоспособности в % по индексу ингибирования свечения Ii как разницу между показателями интенсивности свечения до физической нагрузки и показателями свечения после физической нагрузки по формуле Ii=Lk₀-Lk, причем при Ii от -10 до +10% включительно наблюдается высокая работоспособность спортсмена, а при Ii от -10% до -50% - уровень работоспособности спортсмена снижен.