СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ОРГАНИЗМОМ Российский патент 2022 года по МПК A61B5/83 

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии, и может быть использовано для определения уровня максимального потребления кислорода (МПК) организмом человека.

Прототипом является способ одновременного определения уровня максимального потребления кислорода и общей выносливости организма, включающий выполнение испытуемым работы посредством мышечной нагрузки в виде степ-теста и подсчет частоты пульса [пат РФ 2339297, МПК А61В 5/00, 2008].

Недостатками прототипа является:

- относительно большое время проведения теста, что не может гарантировать максимального потребления кислорода при такой длительной нагрузке. Запрос организмом МПК осуществляется в процессе выполнения человеком работы субмаксимальной мощности, характеризующейся близким к предельному уровнем интенсивности, который может поддерживаться даже спортсменом от 20 с до 3-5 мин [см. например Фомин Н.А. Физиология человека. - М.: Просвещение, 1982. С. 234];

- отсутствует оценка значения МПК в зависимости от возраста человека;

- отсутствует возможность сравнения оценки испытуемого с оценками людей другого возраста.

Задачей изобретения является расширение функциональных и эксплуатационных характеристик, а также повышение информативности результатов.

Задача решается тем, что в способе определения максимального потребления кислорода организмом, включающем выполнение испытуемым работы посредством мышечной нагрузки в виде степ-теста и подсчет частоты пульса, степ-тест проводят в течение 4 минут, на пятой минуте выполняют приседания и подсчитывают затем максимальное потребление кислорода по формуле

где V - объем МПК, л/мин; Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин.

Работу, совершенную за пятую минуту в процессе приседаний, определяют по формуле

где Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин; m - масса тела человека, кг; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н и h - высота от центра тяжести тела испытуемого до пола соответственно в положении стоя и сидя, м; k - коэффициент, учитывающий особенности работы мышц во время приседания; n - число приседаний за минуту.

Оценку значения МПК в зависимости от возраста испытуемого-женщины находят по формулам

где x₁ - х₅ соответственно оценка значения МПК - очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая, мл/мин/кг; В - возраст, год (может быть дробным).

Оценку значения МПК в зависимости от возраста испытуемого-мужчины находят по формулам

где у₁ - у₅ соответственно значение оценки МПК - очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая, мл/мин/кг;

За положение центра тяжести тела принимают точку, соответствующую началу складки ягодиц.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Проведение степ-теста в течение 4 минут, выполнение на пятой минуте приседаний и подсчитывание затем максимального потребления кислорода по формуле

где V - объем МПК, л/мин; Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин, позволяет сделать запрос МПК организмом максимально возможным.

Во время приседания у человека работают прямые мышцы живота, большие ягодичные, широкие и двуглавые бедра, большеберцовые и малоберцовые, икроножные и ряд других, при этом, как известно, мышца является единственным органом, который при нагрузке потребляет значительно больше (примерно в сто раз) кислорода, чем в покое. Поэтому предъявление испытуемому нагрузки в виде приседания для определения МПК является наиболее информативным тестом, так как в ходе его выполнения физиологические системы организма максимально интенсивно включаются в работу, т.е. приседания более полно развертывают функции дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Кроме того, приседание уравнивает шансы людей с различным ростом, поскольку очевидно, что высоким людям легче подниматься на ступеньку, чем низкорослым.

Определение работы, совершенной за пятую минуту в процессе приседаний, по формуле

где Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин; m - масса тела человека, кг; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н и h - высота от центра тяжести тела испытуемого до пола соответственно в положении стоя и сидя, м; k - коэффициент, учитывающий особенности работы мышц во время приседания; n - число приседаний за минуту, позволяет расширить функциональные возможности.

Нахождение оценки значений МПК в зависимости от возраста и пола испытуемого по соответствующим формулам расширяет функциональные характеристики и повышает информативность.

Принятие за положение цента тяжести тела точки, соответствующей началу складки ягодиц, упрощает нахождение центра тяжести (делает его условным), поскольку у мужчин и женщин положение центра тяжести несколько отличается. Это расширяет функциональные и повышает эксплуатационные характеристики.

Изобретение поясняется чертежом.

На фигуре изображено положение условного центра тяжести тела человека в позах сидя и стоя.

Способ реализуют следующим образом.

Выполняют проведение степ-теста путем вставания (например, левой ногой и приставления к ней правой ноги) на ступеньку (высотой 40 см для мужчин и 33 см для женщин) и последующего спуска с нее (также, например спусканием на пол левой ноги и приставления к ней правой ноги). После этого указанный цикл многократно повторяется в темпе 25-26 подъемов на ступеньку в минуту. По окончании 3-й минуты измеряют пульс, например пульсометром, или при его отсутствии - посредством пальпации в течение 10 с. Умножают полученное значение на шесть, и определяют, тем самым, частоту пульса в минуту. Для более точного измерения частота пульса должна быть 130-150 уд/мин. Если частота пульса оказалась меньшей или большей этого значения, то на 4-й минуте соответственно увеличивают или уменьшают темп подъемов на ступеньку. На пятой минуте выполняют приседания и подсчитывают их число.

Находят работу, совершенную за пятую минуту приседаний, по формуле

Определяют затем максимальное потребление кислорода по формуле

Находят значение МПК на единицу массы тела испытуемого по формуле

где ν - величина МПК, приходящаяся на единицу массы тела, мл/мин/кг.

Далее вычисляют значения x_i для женщин и y_i для мужчин, соотносят величину ν найденным значениям и получают оценку МПК.

Заметим, что посредством указанной оценки можно определить биологический возраст испытуемого по параметру МПК путем сравнивания ее с аналогичным показателем людей другого возраста.

Пример выполнения способа.

Исходные данные: Испытуемый - лицо мужского пола, массой 96,1 кг, возраст 67 лет, Н и h соответственно 1 и 0,4 м.

1. Начинают проведение степ-теста путем вставания на ступеньку высотой 41 см и последующего спуска с нее. Указанный цикл многократно повторяется в темпе 25-26 подъемов на ступеньку в минуту. По окончании 3-й минуты производят пальпацией измерение пульса в течение 10 с, умножают полученное значение на шесть и определяют, тем самым, частоту пульса в минуту. В данном тесте это значение получилось равным 138 уд/мин, что соответствует требуемому показателю (130-150 уд/мин). Поэтому подъем на ступеньку в течение 4-й минуты производят в том же темпе. На пятой минуте выполняют приседания, число которых составило 25.

2. Находят работу, совершенную за пятую минуту приседаний

Р=0,754⋅96,1⋅9,81⋅(1-0,4)⋅1,5⋅25=15994 Дж/мин.

В известных степ-тестах коэффициент спуска со ступеньки принимают равным 1,5, поэтому k - также принимаем равным 1,5.

3. Подставляют найденное значение Р в уравнение для определения V и получают V=4,66 л/мин.

4. Далее находят значение МПК на единицу массы тела испытуемого

ν=1000⋅4,66/96,1=48,49 мл/мин/кг.

5. Затем по формуле для данного возраста (67 лет) вычисляют значение у₁ «оценка МПК очень высокая», которое составляет величину 43,08 мл/мин/кг. Значение ν у испытуемого выше среднестатистической оценки «МПК очень высокое». Показатель 43,08 мл/мин/кг «Оценка МПК очень высокая» соответствует среднестатистическим данным людей в возрасте 43 лет, поэтому биологический возраст испытуемого по МПК меньше паспортного на 24 года, т.е. биологический возраст состояния систем, обеспечивающих транспорт кислорода к работающим органам.

Заметим, что в качестве метаболического эквивалента (1 МЕТ) принимают потребление кислорода организмом в размере 3,5-4 мл/кг/мин, требуемое организму человека в положении сидя. Известны результаты исследований, проведенных учеными Стенфордского университета, согласно которым каждый следующий (после среднестатистического) МЕТ, достигаемый человеком, увеличивает шансы пережить следующее десятилетие на 12%. В данном случае превышение над среднестатистическим значением равно 48,49-43,08=5,41 мл/мин/кг, что приблизительно соответствует значению 1,5 МЕТ и позволяет надеяться на увеличение шансов пережить следующее десятилетие.

Внедрение изобретения даст возможность при выполнении теста более полно развернуть функции дыхательной и сердечно-сосудистой систем и увеличить кислородный запрос организма, степень удовлетворения которого зависит от возможности транспортировать кислород к работающим органам, а также уравнять шансы получения показателей МПК у высокорослых и низкорослых людей. Кроме того, математические формулы позволяют автоматизировать расчеты МПК на компьютере, в том числе, определить биологический возраст систем организма, обеспечивающих транспортировку кислорода к тканям.

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии, и может быть использовано для оценки максимального потребления кислорода (МПК) организмом. Испытуемый выполняет степ-тест, в ходе которого определяют частоту пульса. При этом степ-тест проводят в течение 4 минут, а на пятой минуте выполняют приседания. Вычисляют МПК по формуле

где V - объем МПК, л/мин; Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин. При этом работу, совершенную за пятую минуту в процессе приседаний, определяют по формуле Р=0,754mg(Н-h)kn, где Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин; m - масса тела человека, кг; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н и h - высота от центра тяжести тела испытуемого до пола соответственно в положении стоя и сидя, м; k - коэффициент, учитывающий особенности работы мышц во время приседания, равный 1,5; n - число приседаний за минуту, за положение центра тяжести тела принимают точку, соответствующую началу складки ягодиц. Вычисляют значение МПК на единицу массы тела испытуемого по формуле ν=1000V/m, где ν - величина МПК, приходящаяся на единицу массы тела, мл/мин/кг. Вычисляют значение МПК для оценок очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая, мл/мин/кг, как х₁ - х₅ соответственно для женщин и y₁ - у₅ для мужчин. Оценивают МПК организма путем соотнесения значения МПК на единицу массы тела испытуемого (ν) и значений х₁ - х₅ для женщин и у₁ - у₅ для мужчин. Способ обеспечивает оценку МПК за счет соотнесения значения МПК на единицу массы тела испытуемого и оценок значений МПК в зависимости от возраста. 1 пр., 1 ил.

Способ оценки максимального потребления кислорода (МПК) организмом, включающий выполнение испытуемым работы посредством мышечной нагрузки в виде степ-теста и подсчет частоты пульса, отличающийся тем, что степ-тест проводят в течение 4 минут, на пятой минуте выполняют приседания и подсчитывают затем максимальное потребление кислорода по формуле

где V - объем МПК, л/мин; Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин;

при этом работу, совершенную за пятую минуту в процессе приседаний, определяют по формуле

Р=0,754mg(Н-h)kn,

где Р - работа, совершенная за пятую минуту в процессе приседаний, Дж/мин; m - масса тела человека, кг; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н и h - высота от центра тяжести тела испытуемого до пола соответственно в положении стоя и сидя, м; k - коэффициент, учитывающий особенности работы мышц во время приседания, равный 1,5; n - число приседаний за минуту, за положение центра тяжести тела принимают точку, соответствующую началу складки ягодиц;

вычисляют значение МПК на единицу массы тела испытуемого по формуле

ν=1000V/m,

где ν - величина МПК, приходящаяся на единицу массы тела, мл/мин/кг;

вычисляют значение МПК для оценок очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая, мл/мин/кг, как х₁ - х₅ соответственно для женщин и y₁ - у₅ для мужчин по формулам

х₁ = -9,5⋅10^-5В³ + 0,0146В² - 0,91В + 58,2;

х₂ = -9⋅10^-5В³ + 0,014В² - 0,91В + 53,2;

х₃ = -9⋅10^-5В³ + 0,014В² - 0,91В + 47,2;

х₄ = -8,5⋅10^-5В³ + 0,014В² - 0,9В + 40,2;

х₅ = 3⋅10^-5В³ - 0,0055В² + 0,14В + 22,

у₁ = -9,5⋅10^-5В³ + 0,0142В² - 0,95В + 71,56;

у₂ = -10⋅10^-5В³ + 0,014В² - 0,91В + 64,42;

y₃ = 10⋅10^-5В³ - 0,0165В² + 0,595В + 33;

у₄ = 8⋅10^-5В³ - 0,015В² + 0,59В + 26,3;

у₅ = 9⋅10^-5В³ - 0,0165В² + 0,062В + 24,22,

где x₁ - х₅ соответственно очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая оценка значения МПК, мл/мин/кг; у₁ - у₅ соответственно очень высокая, высокая, средняя, низкая, очень низкая оценка значения МПК, мл/мин/кг; В - возраст, может быть дробным, год;

оценивают МПК организма путем соотнесения значения МПК на единицу массы тела испытуемого (ν) и значений х₁ - х₅ для женщин и у₁ - у₅ для мужчин.