Способ управления тренировочной нагрузкой (варианты) Российский патент 2023 года по МПК A61H1/00 A61B5/08 A61B5/83 

Изобретение относится к области физкультуры и спорта, а именно к методологии управления тренировочной нагрузкой, в том числе при использовании тренажеров или спортивных снарядов.

Целью тренировочного процесса при выполнении двигательной активности является повышение тренированности организма, преодоление физической нагрузки большей продолжительности и интенсивности. При этом существует необходимость решения технической проблемы, связанной с предотвращением образования лактатного кислородного долга на основе маркеров физической работоспособности, выбор которых зависит от вида спортивных движений во взаимосвязи с возможностью измерения механического эквивалента мощности тренировочной нагрузки.

Решение указанной проблемы позволит признать способ управления тренировочной нагрузкой в качестве эффективного процесса, если такая оценка происходит в течение тренировки на основе ответных биологических реакций, которые демонстрируют реальное физическое состояние пользователя. Критерием эффективности тренировочного процесса является достижение поставленных целей тренировки (повышение физической работоспособности, уровня развития физических качеств, наращивание мышечной массы, жиросжигание) при условии минимизации негативных последствий на состояние здоровья пользователя, что достигается с помощью управления параметрами тренировочной нагрузки: продолжительностью, интенсивностью, характером двигательной деятельности. Наиболее эффективные способы управления тренировочной нагрузкой базируются на измерении ответных биологических реакций на нее, дающих наиболее объективную картину функционального состояния пользователя.

В патентах RU 2491016, RU 2493767, RU 2505264, RU 2506884, выданных на имя Марийского государственного университета, раскрыты соответствующие способы, направленные на управление физической нагрузкой, характеризующиеся выполнением замеров, согласно которым осуществляют построение трендов, затем сравнивают полученные тренды и выдают рекомендации по выполнению тренировочной нагрузки по результатам сравнения. Например, согласно способу по патенту RU 2505264 проводят тестирование пользователя при нагрузке постоянной мощности, соответствующей зоне аэробного энергообеспечения (75% максимального потребления кислорода), определяют пороговый межимпульсный интервал, выполняют замеры частоты сердечных сокращений (ЧСС) и построение тренда, отражающего динамику порогового межимпульсного интервала, и графика в координатах ЧСС и времени теста. Через двое суток отдыха пользователя проводят тест с увеличением нагрузки, соответствующей зоне аэробного энергообеспечения, также выполняют действия, присущие вышеуказанному тестированию. Повторяют тест еще через двое суток с увеличением нагрузки и выполняют аналогичные действия по построению тренда, отражающего динамику порогового межимпульсного интервала, и графика в координатах ЧСС и времени теста. При проведении тестов сравнивают каждый последующий тренд, имеющий плато, с предыдущим трендом. При получении тренда, имеющего наклон, делают вывод о выходе из зоны аэробного энергообеспечения, а величину ЧСС в естественных условиях бега задают по предыдущему тренду, имеющему плато. Определяют также необходимое для достижения оптимальной работоспособности время по времени выхода тренда на плато и также определяют ЧСС, соответствующей оптимальной беговой нагрузке, которую испытуемый при беге контролирует самостоятельно.

В данном способе определение ЧСС, соответствующей оптимальной нагрузке, предусматривает значительное время и ведет счет на несколько суток. При этом длительность тестирования не приводит к результату, который заключается в определении нагрузки, характерной для зоны аэробного энергообеспечения, вследствие того, что заданное пользователю значение ЧСС, которое необходимо самостоятельно контролировать для нахождения в аэробной зоне, может не соответствовать такой зоне в период оптимальной нагрузки. Иными словами, длительность теста отрицательно сказывается на корреляции состояния пользователя для периода оптимальной нагрузки и рекомендации, в соответствии с которой задают значение ЧСС. При этом «оптимальность» нагрузки не является идентифицируемой по причине невозможности определения, – в отношении какого показателя пользователя устанавливается такая нагрузка. Исходя из вышесказанного, известный способ по патенту RU 2505264, аналогичный способам по вышеуказанным патентам, выданным на имя одного и того же лица, не обеспечивает понимание о том, как в процессе тренировки определяют соответствие преодолеваемой физической нагрузки зоне умеренной мощности.

Кроме того, известный способ имеет ограничения для использования для спортивных движений, характеризующихся мышечной активностью с анаэробным энергообеспечением, так как имеет назначение для двигательной активности при преимущественном аэробном энергообеспечении.

Из патента RU 2733870 известен способ управления тренировочной нагрузкой, направленный на безопасность пользователя во время тренировочного процесса. Данный способ включает выполнение движений в процессе тренировки, замеры физиологических показателей, связанных с дыханием, ЧСС, затем обработку таких показателей и, в зависимости от полученного результата, сравнения показателей различных замеров с последующим уведомлением пользователя о необходимых действиях, заключающихся в продолжении тренировки, либо в продолжении восстановительного периода вне нагрузки.

Применение известного способа не решает проблему выявления значений сравниваемых показателей для принятия решения о дальнейших действиях пользователя в процессе тренировки с различными нагрузками, характеризующихся зонами мощности, в числе которых по мере нарастания: умеренная, большая, субмаксимальная и максимальная зоны (согласно классификации, предложенной В.С.Фарфелем).

Следовательно, анализируемый способ, охватывая алгоритм действий без детализации ответных биологических реакций пользователя, ставит под сомнение его применение для тренировки с нагрузкой, характерных для указанных зон мощности.

В патенте RU 2449727 раскрыт способ контроля тренировочной нагрузки, в соответствии с которым выполняют спортивные движения (проявляют двигательную активность), определяют минутный дыхательный объем (МОД), рассчитывают удельный дыхательный объем (далее – удельный ДО или ДО) как отношение МОД к мощности выполняемой работы. Отражают динамику ДО в виде тренда, показывающего отношение изменения удельного ДО к приросту мощности выполняемой работы (нагрузки). Причем график, отражающий динамику удельного ДО, имеет три характерных участка, каждый из которых соответствует типичному тренду. Так, промежуточный тренд между нисходящим и восходящим трендами, характеризующий зону умеренной нагрузки (зону аэробного энергообеспечения), имеет вид горизонтальной прямой или прямой, имеющей отклонение не более чем на 5%. Нисходящий тренд при небольшой нагрузке, предшествующий зоне аэробного энергообеспечения, характеризуется завышенным удельным ДО, следовательно, данный тренд не влияет на оценку работоспособности пользователя. Тренд в виде возрастающего удельного ДО свидетельствует о том, что внешнее дыхание обеспечивает не только преодоление нагрузки, но и устранение образующегося кислородного долга. В педагогическом аспекте по возрастанию удельного ДО выявляют активизацию гликолиза в преодолении физической нагрузки.

Таким образом, использование показателя МОД, полученного путем расчета, отражает внешнее дыхание и позволяют косвенно отслеживать динамику потребления кислорода в качестве основного фактора, определяющего аэробные возможности.

Кроме того, возможность замеров мощности, являющейся основным фактором, детерминирующим как физическую работоспособность, так и изменения, происходящие в организме и психике спортсмена, обусловлена определенными видами спортивных движений, не создающих сложности в оценке данного показателя.

Итак, согласно известному способу, полученные тренды, отражающие зону умеренной мощности, целесообразно использовать для управления тренировочной нагрузкой при выявлении степени участия окисления и гликолиза в энергообеспечении работы для коррекции тренировочной нагрузки. Однако применение анализируемого способа не обеспечивает пути решения технической проблемы, связанной с управлением аэробной и/или анаэробной нагрузкой непосредственно в процессе тренировочной деятельности в аспекте обеспечения ее эффективности.

Оценивая энергообеспечение по отношению к формализованной мощности преодолеваемой нагрузки или к её детерминантам, например, таким как скорость спортивной ходьбы, легкоатлетического бега, бега на коньках; частота шагов в имитации бега на коньках или конькового хода на скользкой слайд-доске; мощность шагов в степ-тесте. Однако формализация детерминант мощности работы, далеко не всегда возможна во многих движениях, например, в единоборствах или спортивных играх.

Вышесказанное затрудняет оценку энергообеспечения мышечной деятельности непосредственно в разнообразных спортивных нагрузках непосредственно на тренировке.

В преодолении физических нагрузок одновременно меняются дыхание и пульс, в совокупности, обеспечивающие мышечную деятельность. По данным многих исследований увеличивающаяся ЧСС в среднестатистическом диапазоне до 170 уд/мин является линейной функцией возрастающей мощности преодолеваемой нагрузки, при этом функция МОД может быть нелинейной. Таким образом, для оценки энергообеспечения двигательной деятельности в качестве аргумента нелинейной функции внешнего дыхания (МОД) возможно опираться не только на показатели, формально характеризующие мощность, но и на ЧСС, позволит вывести показатель, характеризующий вклад аэробных и анаэробных процессов в энергообеспечение при различных движениях, в том числе и затруднительных при формализованной оценке мощности нагрузки, например, в борьбе или боксе.

Из технической информации, содержащейся в схеме «Модель оценки энергообеспечения работы минутного объема дыхания по отношению к частоте пульса» в качестве промышленного образца RU 115946 (автор Б.Ф.Вашляев, Ф.Б.Вашляев и другие), известна возможность определения МОД и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в качестве ответных биологических реакций показателей для выявления соответствующих трендов, отражающих изменение вентиляционного пульса (ВП), который рассчитывают как отношение МОД к ЧСС.

В то же время, в статье «Вентиляционный пульс как маркер физической работоспособности», автор Ф.Б.Вашляев (статья выложена на веб-странице https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44833563), раскрыта информация о высокой степени корреляции трендов (коэффициент 0,99), отражающих соответственно изменение удельного ДО и ВП. Для данного вывода, как указано в статье, критерием выраженного аэробного энергообеспечения являлась динамика удельного ДО, формализованная в виде абсолютного значения отношения его приращения к приросту мощности преодолеваемой нагрузки. При этом были сопоставлены значения удельного ДО со значениями ВП.

Таким образом, значительная корреляционная связь между динамикой удельного ДО и ВП дает основания для их аналогичной интерпретации. Исходя из данного обстоятельства, расчет ВП и анализ его динамики позволяет оценивать аэробное энергообеспечение в широком спектре преодолеваемых физических нагрузок, в которых отсутствует возможность использовать замеры мощности преодолеваемой нагрузки.

Предлагаемый способ управления тренировочной нагрузкой направлен на решение технической проблемы необходимости расширения арсенала средств подобного назначения, предназначенных для обеспечения эффективности тренировочного процесса при активностях, характерных для энергообеспечения мышечной деятельности, проявляемой при различных видах двигательной активности.

Причем техническая проблема решается с использованием двух вариантов предлагаемого изобретения, обеспечивающих технический результат, заключающийся в предотвращении образования лактатного кислородного долга в течение проводимого при разнообразных видах спортивных движений тренировочного процесса, объективно выраженного через динамику достоверных маркеров аэробной физической работоспособности, и обеспечение обратной связи в виде выдачи пользователю решения для корректировки значений физической нагрузки.

В качестве прототипа для первого варианта предлагаемого изобретения выбран способ по патенту RU 2449727.

В качестве прототипа для второго варианта предлагаемого изобретения выбран способ, выявленный из вышеуказанной статьи, выложенной на веб-странице https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44833563.

Согласно первому варианту способ управления тренировочной нагрузкой характеризуется тем, что в процессе двигательной активности в периоды под нагрузкой используют значения минутного объема дыхания (МОД) и мощности выполняемой работы в качестве показателей первого вида для расчета удельного дыхательного объема (ДО) как отношение МОД к мощности преодолеваемой нагрузки, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ДО, причем об аэробном или анаэробном механизмах энергообеспечения судят по динамике удельного ДО. Данный способ отличается от известного способа тем, что:

- об аэробном механизме энергообеспечения судят по динамике удельного ДО или ВП не более чем на 10% относительно предыдущих значений, а об анаэробном механизме энергообеспечения судят по динамике удельного ДО или ВП более чем на 10% относительно предыдущих значений,

- в периоды без нагрузки используют значения МОД и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в качестве показателей второго вида для расчета вентиляционного пульса (ВП) как отношение МОД к ЧСС, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ВП,

- об аэробном механизме энергообеспечения судят также по динамике ВП, причем динамику удельного ДО или ВП принимают не более чем на 10% относительно предыдущих значений,

- об анаэробном механизме энергообеспечения судят также по динамике ВП, причем динамику удельного ДО или ВП принимают более чем на 10% относительно предыдущих значений,

- процесс двигательной активности выполняют в два этапа,

- на первом этапе, предваряющем тренировку и обеспечивающем готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением, определяют показатели первого или второго видов и выявляют стабильные значения ДО или ВП при соответствующей динамике не более чем на 10%,

- на втором этапе двигательной активности, представляющем собой тренировку, обеспечивают контроль энергообеспечения мышечной деятельности путем периодического определения показателей первого вида;

- при увеличении ДО более чем на 10% относительно предыдущего значения уведомляют пользователя о необходимости снижения нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки;

- первый этап двигательной активности представляет собой разминку.

Предпочтительные аспекты первого варианта способа:

- пользователя оснащают носимым устройством, выполненным с функцией пульсометра для замеров ЧСС, также используют спирограф с наркозной маской для замеров ДО, предназначенных для определения МОД, второй этап двигательной активности совершают на тренажере, оснащенным электронным блоком, выполненным с функцией определения мощности, при этом носимое устройство, спирограф, электронный блок тренажера выполнены с возможностью связи по соответствующему протоколу с удаленным сервером, с которым сообщается процессорный блок, объединяющий функционально связанные модули, представляющие собой модуль данных о пользователе, модуль записи данных о показателях первого и второго видов, модуль обработки данных о показателях первого и второго видов, выполненный с функцией сравнения значений удельного ДО также модуль управления тренировочной нагрузкой, выполненный с функцией периодической передачи данных о снижении нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки, поступающих в электронный блок тренажера, причем связь модулей и носимого устройства организована так, что по сигналу носимого устройства выполняют замеры ДО для определения МОД, синхронизированных с определением мощности или ЧСС, причем модуль управления тренировочной нагрузкой настраивают на передачу сигналов с периодичностью от 5 до 20 минут;

- модуль данных о пользователе включает идентифицирующие сведения о пользователе, включающие возраст, вес, рост, пол, морфологические признаки тела.

Согласно второму варианту способ управления тренировочной нагрузкой характеризуется тем, что в процессе двигательной активности в периоды под нагрузкой используют значения минутного объема дыхания (МОД) и мощности выполняемой работы в качестве показателей первого вида для расчета удельного дыхательного объема (ДО) как отношение МОД к мощности преодолеваемой нагрузки, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ДО, а в периоды без нагрузки используют значения МОД и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в качестве показателей второго вида для расчета вентиляционного пульса (ВП) как отношение МОД к ЧСС, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ВП, причем об аэробном механизме энергообеспечения судят по динамике удельного ДО или ВП, а об анаэробном механизме энергообеспечения судят по динамике удельного ДО или ВП.

Данный способ отличается от известного способа тем, что:

- при аэробном механизме энергообеспечения принимают динамику удельного ДО или ВП не более чем на 10% относительно предыдущих значений,

- при анаэробном механизме энергообеспечения принимают динамику удельного ДО или ВП более чем на 10% относительно предыдущих значений.

- процесс двигательной активности выполняют в два этапа,

- на первом этапе, предваряющем тренировку и обеспечивающем готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением, определяют показатели первого или второго видов и выявляют стабильные значения ДО или ВП при соответствующей динамике не более чем на 10%,

- на втором этапе двигательной активности, представляющем собой тренировку, обеспечивают контроль энергообеспечения мышечной деятельности путем периодического определения показателей второго вида и при увеличении ВП более чем на 10% относительно предыдущего значения уведомляют пользователя о необходимости снижения нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки

- двигательная активность представляет собой разминку.

Предпочтительные аспекты второго варианта способа:

- определяют МОД и ЧСС в период, не превышающий 30 сек непосредственно после прекращения нагрузки;

- определяют показатели второго вида с периодичностью от 5 до 20 минут с использованием спирографа с наркозной маской и пульсометра.

Также в первом и втором вариантах способа снижают нагрузку на величину А, которую вычисляют по формуле:

1 - А = 1/(1+а), где а – увеличение мощности (в долях).

Варианты заявляемого способа управления тренировочной нагрузкой предусматривают возможность подготовки пользователя к преодолению аэробной и анаэробной нагрузок при совершении разнообразных спортивных движений. С этой целью используются следующие маркеры:

- удельный ДО при определении показателей первого вида для спортивных движений, в которых возможно измерить механической эквивалент мощности;

- вентиляционный пульс при определении показателей второго вида для спортивных движений, для которых затруднительно формализовать оценку мощности нагрузки, например, во время бега в естественных природных условиях или во время плавания.

Таким образом, анализ динамики удельного ДО и ВП в зависимости от видов спортивных движений позволяет определить физическую работоспособность и оценить характер энергообеспечения мышечной деятельности.

В каждом варианте способа придание двигательной активности статуса разминки целесообразно также с точки зрения наличия вводной части тренировки, влияющей на повышение ее эффективности, предотвращая негативные явления в виде потенциальных травм и заболеваний. Кроме вышеуказанного аспекта проявление двигательной активности, предваряющей тренировочный процесс, определяется необходимостью достижения устойчивого состояния пользователя при работе умеренной мощности, когда потребление кислорода соответствует кислородному запросу и кислородный долг не образуется.

На первом этапе двигательной активности на основании предпочтений пользователя или заданий тренера, в том числе выданных с помощью программы, введенной в работу автоматизированной системы, при выполнении тех или иных спортивных движений появляется возможность выявить значения удельного ДО или ВП, характеризующих зону умеренной мощности.

Использование трендов, интерпретирующих зоны преодолеваемой нагрузки, целесообразно с точки зрения возможности графического представления динамики удельного ДО или ВП и визуального сравнения трендов для сравнения значений полученных показателей со значениями предыдущих показателей. При этом идентификацию зоны умеренной мощности осуществляют по тренду, представляющему собой горизонтальный отрезок или отрезок, имеющий отклонение от горизонтального не более чем на 10 %. Принятое допущение об отклонении на величину не более 10% вызвано практическими соображениями в качестве порога отсутствия значимой динамики показателей. В то же время, известное из публикаций изменение показателей в пределах 5%, принятое в спортивной метрологии, справедливо только для лабораторных условий с высокой степенью регламентации нагрузки и недостижимо в условиях реальной тренировочной деятельности. Таким образом, значимым изменением динамики удельного ДО или ВП считается его изменение, превышающей данный порог.

Следует отметить, что выполнение минимум двух замеров соответствующих величин для определения показателей первого или второго видов является необходимым и достаточным условием для построения соответствующего тренда, так как минимум по двум точкам возможно определить характер прямой и интерпретировать данную линию в качестве стабильного участка – плато, имеющего вид горизонтальной линии или линии с отклонением от горизонтали на величину не более 10%, или восходящего тренда, отражающего зону большой или субмаксимальной мощности.

Итак, отсутствие недопустимой динамики удельного ДО или ВП (иными словами, стабильный участок) характеризует равное соотношение между кислородным запросом и кислородным потреблением при изменении нагрузки, определяющим по А.Хиллу «истинное устойчивое состояние» и, вследствие этого, стабильную работоспособность в течение длительного времени, что и является признаком зоны умеренной зоны мощности. (https://journals.physiology.org/doi/pdf/10.1152/japplphysiol.01246.2001 ).

Достаточность аэробного энергообеспечения любой тренировочной деятельности является необходимым условием эффективности тренировочного процесса как в случае занятий оздоровительной направленности, так и высокоинтенсивных и объемных нагрузок, направленных на повышение уровня различных физических качеств.

Если в течение первого этапа (разминки) двигательная активность выражена в качестве альтернативы спортивных движений, выполняемых с возможностью определения показателей первого и второго видов благодаря корреляции значений изменений удельного ДО и ВП, то в течение второго этапа двигательной активности, во время тренировки, акцент сделан на спортивных движениях, в которых:

- согласно первому варианту способа возможно измерить механический эквивалент мощности при спортивных движениях, например, в фитнес зале во время бега или спортивной ходьбы на тренажерах;

- согласно второму варианту, когда затруднительно измерить механический эквивалент мощности, при спортивных движениях, например, во время бега, или спортивной ходьбы в условиях природной среды, также при использовании спортивных снарядов, например, штанги или боксерской груши.

Выбранный подход продиктован возможностью выбора пользователем цели тренировки. В частности, если целью тренировки является следование здоровому образу жизни (ЗОЖ) или необходимостью тренировочного периода для выполнения специализированных упражнений, направленных на восстановление после анаэробной нагрузки, то для реализации таких целей целесообразна тренировка с аэробной нагрузкой, выполняемая, как правило, с использованием циклических тренажеров (велоэргометр, беговая дорожка) в фитнес зале; если цель тренировки – наращивание мышечной массы, то для ее реализации целесообразна тренировка с анаэробной нагрузкой, выполняемая с использованием значительного (не менее 60% от максимального) внешнего отягощения.

Проводимый в процессе тренировки контроль энергообеспечения мышечной деятельности, призванный оценить экономичность работы в преодолении аэробной нагрузки, обеспечивает получение обратной связи на основе периодического определения показателей первого или второго вида, каждый из которых способен отражать реальное физическое состояние пользователя.

Для контроля текущей тренировочной нагрузки целесообразно установить периодичность определения показателей в течение всей тренировки через равные или произвольные промежутки времени от 5 до 20 минут. Минимальное значение временного промежутка определяется лабораторной практикой, а максимальное значение, – целесообразностью выполнения замеров в начале тренировки, ее середине и в промежутке времени до окончания тренировки.

Принимая во внимание готовность пользователя к аэробной нагрузке, определение удельного ДО (под нагрузкой) или ВП (без нагрузки) в каждый промежуток времени тренировки, определит или отсутствие отклонения от горизонтального тренда, или отклонение от горизонтального тренда, выраженное в процентах.

При выявлении отклонения, превышающего 10%, предусмотрена возможность незамедлительного уведомления пользователя о необходимости:

- снижения интенсивности тренировочной деятельности, что может достигаться через снижение интенсивности нагрузки (например, снижении мощности при педалировании на велоэргометре, или уменьшение скорости бега);

- изменения соотношения периодов нагрузки и отдыха, что реализовывается через уменьшение периода нагрузки либо увеличения периода отдыха.

- смены характера двигательной деятельности (например, переход с бега на быстрый шаг, перехода на облегченный вариант физического упражнения).

Снижение интенсивности тренировочной деятельности наиболее целесообразно в тренировках оздоровительной направленности, критерием эффективности которых является минимизация накопления лактатного компонента кислородного долга.

Изменение соотношения периодов нагрузки и отдыха (в том числе введения периодов отдыха) наиболее целесообразно при высокоинтенсивных тренировках направленных на развитие физических качеств (например, силовых), где критерием эффективности является выполнение физических нагрузок «до отказа», что несовместимо со снижением интенсивности.

Смена характера двигательной деятельности целесообразна при наличии методических и технических условий (существование облегченного варианта упражнения, наличия тренировочного оборудования для его выполнения).

Согласно вышеприведенной формуле, расчет величины снижения нагрузки обратно пропорционален приросту удельного ДО или ВП (в долях или процентах), поскольку степень прироста удельного ДО или ВП прямо отражает степень интенсификации накопления лактатного компонента кислородного долга. Следовательно, снижение нагрузки должно быть тем значительнее, чем выше его накопление. Следует отметить, что изменение удельного ДО или ВП может происходить и при отсутствии изменения нагрузки, что, однако, не исключает возможную необходимость снижения нагрузки в случае выраженной положительной динамики удельного ДО или ВП согласно данной формуле.

Периодичность определения динамики удельного ДО или ВП (в соответствии с первым и вторым вариантами способа) и получение обратной связи о целесообразности изменения нагрузки свидетельствует об управлении тренировочной нагрузкой с возможностью предотвращения выхода из зоны умеренной мощности в зону большой или субмаксимальной мощности, выражающегося в преодолении порога анаэробного обмена в ходе нагрузки.

Как было указано выше, использование трендов вызвано удобством сравнения динамики удельного ДО или ВП для интерпретации зоны умеренной мощности, но это не влияет на возможность контроля нагрузки, не прибегая к трендам.

Таким образом, находясь в состоянии двигательной активности периодическое определение показателей:

- МОД и мощности преодолеваемой нагрузки происходит периодически при замерах дыхательного объема непосредственно под нагрузкой и приводит к возможности оперативного расчета удельного ДО и идентификации зоны мощности;

- МОД и ЧСС происходит периодически при замерах дыхательного объема и ЧСС в течение промежутка времени, не превышающего период 30 сек, после прекращения нагрузки и также приводит к возможности оперативного расчета ВП и идентификации зоны мощности преодолеваемой нагрузки.

Что касается спортивных движений, во время выполнения которых отсутствует возможность измерить механический эквивалент мощности, то выбранный промежуток времени, не превышающий 30 секунд, не противоречит потребности в получении достоверных данных, отражающих объективную картину функционального состояния пользователя, виду того, что оценка показателей МОД и ЧСС приближаются к показателям покоя в течение 4-5 минут после полного прекращения нагрузки. Таким образом, в течение перерывов 20-30 сек с высокой долей точности оцениваются показатели МОД и ЧСС.

Таким образом, периодическое определение динамики удельного ДО и ВП при различных видах двигательной активности в зависимости от возможности измерения механического эквивалента мощности движений, приводит к получению данных, неразрывно связанных с состоянием пользователя в текущий момент времени.

Следовательно, периодический контроль динамики показателей физической работоспособности приводит к двигательной активности пользователя в состоянии, которое препятствует образованию лактаного кислородного долга при любой цели тренировки, вне зависимости от многообразия спортивных движений.

Исходя из вышесказанного, предлагаемый способ управления тренировочной аэробной нагрузкой, детерминированной потреблением кислорода в процессе работы, предусматривающий в связи с этим сочетания значений МОД и мощности нагрузки, также МОД и ЧСС, расширяет арсенал подобных способов с точки зрения различных спортивных движений при аэробной и/или анаэробной нагрузке при обеспечении технической возможности осуществления замеров дыхательного объема пользователя, находящегося в фитнес зале на тренажерах, в естественных условиях или при использовании спортивных снарядов.

Данный способ призван обеспечивать эффективность тренировочного процесса, во-первых, благодаря использованию достоверных маркеров физической работоспособности, отражающих состояние пользователя в непосредственно в период тренировки за счет выявления утомления по динамике удельного ДО или по динамике ВП; во-вторых, в результате оперативного контроля состояния такой работоспособности с возможностью получения информации для уведомления пользователя о дальнейших действиях пользователя во избежание образования лактатного кислородного долга.

Принимая во внимание, что достижение показателей аэробного энергообеспечения зависят от состояния пользователя, рассматриваемого в качестве сложной биомеханической системы, серия тренировочных процессов дает возможность анализировать динамику реального состояния пользователя от тренировки к тренировке, также судить об эффективности тренировок и давать прогноз о его физической работоспособности на основе достоверных маркеров в виде удельного ДО и ВП. Кроме того, способ позволяет оперативно управлять параметрами тренировочной нагрузки (продолжительностью, интенсивностью, характером двигательной деятельности) и таким образом достигать поставленных тренировочных целей (повышение работоспособности, уровня физических качеств) с минимальными негативными последствиями на состояние здоровья, одной из причин которых является образование лактатного кислородного долга вследствие завышенной для пользователя интенсивности (мощности) нагрузки.

Следовательно, несомненное преимущество заявляемого способа заключается в повышении эффективности тренировочного процесса управления тренировочной нагрузкой для достижения более высоких целей, связанных с развитием физических качеств пользователя.

Данный способ по первому варианту может быть осуществлен с использованием автоматизированной системы, предусматривающей использование соответствующих тренажеров с электронным блоком, причем пользователь может быть оснащен носимым устройством, спирографом с наркозной маской для выполнения для выполнения замеров дыхательного объема, предназначенных для определения МОД.

Заявляемый способ не ставит задачу раскрытия технических особенностей сбора, обработки, хранения и передачи информации, связанной с показателями первого/второго типа и с расчетом удельного ДО и ВП, поэтому описание автоматизированной системы, воплощающей способ, ограничивается указанием функциональных модулей, объединенных в процессорном блоке:

- модуль данных о пользователе, включая идентифицирующие сведения, в частности, вес, рост, пол, показатели морфологии тела;

- модуль обработки данных о показателях первого и второго видов, выполненный с функцией сравнения значений удельного ДО или ВП,

- модуль управления тренировочной нагрузкой, выполненный с функцией периодической передачи данных о снижении нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки, данных о снижении нагрузки, поступающих в электронный блок тренажера.

Замеры дыхательного объема, предназначенного для определения МОД, выполняют по сигналу носимого устройства, а замеры ЧСС синхронизируют с замерами дыхательного объема, причем модуль управления тренировочной нагрузкой настраивают на передачу не менее трех сигналов с периодичностью, в соответствии с которой определяют показатели первого вида в начале тренировки, ее середине и в промежутке времени до окончания тренировки, руководствуясь намерением обеспечить контроль в течение всего тренировочного процесса.

Для реализации способа может быть использована не только автоматизированная система с применением платформы облачных решений, но и установка, представляющая собой компьютер с программным обеспечением, позволяющим выполнять расчет удельного ДО и ВП на основе соответствующих параметров, вводимых оператором вручную в качестве данных, предназначенных для обработки указанным программным обеспечением с возможностью визуализации трендов, отражающих зоны проливаемой нагрузки при двигательной активности первого и второго этапов. При этом указанная установка может обладать свойствами переносной установки для работы в естественных городских или природных условиях.

Ниже приведены примеры осуществления вариантов способа управления тренировочной нагрузкой.

По каждому варианту способа используют соответствующие маркеры детерминант физической работоспособности, связанные с внешним дыханием, – фактором, отражающим мощность физической работы пользователя:

- удельный дыхательный объем (мл/мин)/вт, первая производная dМОД/dN, физический смысл которого – количество вентилируемого воздуха, необходимое для выполнения единицы работы;

- вентиляционный пульс (л/уд), первая производная dМОД/dЧСС, физический смысл которого – количество вентилируемого воздуха, приходящееся на один удар пульса.

При этом пользователь предваряет тренировку разминкой (первым этапом двигательной активности), обеспечивающей готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением во время тренировки. Таким образом, первый этап, являясь вводным, обусловливает цель тренировки пользователя, заключающуюся, например, в преодолении аэробной нагрузки.

Первый вариант способа может быть использован, например, в фитнес зале спорткомплекса со стадионом.

Спортсмен по своему усмотрению выполняет беговую разминку, находясь на стадионе спорткомлекса.

Для выполнения замеров дыхательного объема и обработки данных используют переносную установку, включающую спирограф, пульсометр, персональный компьютер с программным обеспечением для расчета удельного ДО и ВП и графического представления трендов. При этом оператор вводит данные о замерах и на основе сравниваемых трендов уведомляет спортсмена о целесообразности продолжения нагрузки в определенной зоне интенсивности.

Для определения механизма аэробного энергообеспечения спортсмен в течение минимум двух промежутков времени подходит к переносной установке для осуществления замеров дыхательного объема (мл), определения количества циклов дыхания в минуту и ЧСС (уд/мин) с использованием соответственно спирографа и пульсометра.

Фигура 1 иллюстрирует горизонтальный тренд ВП, полученный в ходе разминки, отражающий готовность пользователя к тренировке. Полученный тренд квалифицируют в качестве исходного тренда.

По завершении разминки по заданию тренера спортсмен переходит к тренировке на тренажерах, каждый из которых оснащен электронным блоком с дисплеем и введен в автоматизированную систему управления тренировочной нагрузкой.

В процессе тренировки замеры ДО и мощности выполняемой работы осуществляют через равные промежутки времени, равные 1/5 общего времени тренировки, длящейся 90 минут.

По сигналу носимого устройства через каждые 18-20 минут спортсмен, находясь на тренажере, пользуясь спирографом, выполняет замеры дыхательного объема, причем показатели дыхательного объема и мощности автоматически передаются на удаленный сервер для расчета расчет МОД и определения динамики удельного ДО.

В первый промежуток времени (спустя 20 минут от начала тренировки) при определении значений удельного ДО зоны мощности преодолеваемой нагрузки, превышающих значение удельного ДО исходной зоны, на дисплее тренажера отражается информация о необходимости снижения нагрузки до значений, обеспечивающих аэробное энергообеспечение.

В следующий временной промежуток после замеров дыхательного объема и автоматической обработки полученной информации на дисплее тренажера появляется информация о продолжении тренировки без изменения нагрузки.

Так, выполняя замеры в течение остальных двух промежутков времени, спортсмен получает уведомления, свидетельствующие о целесообразности изменения нагрузки.

Альтернативой автоматизированной системе, объединяющей тренажеры для преодоления нагрузки с аэробным энергообеспечением, может служить персональный компьютер с программным обеспечением, позволяющим отражать полученные тренды, интерпретирующие определённые зоны нагрузки.

В этом случае использование велоэргометра или концепт-тренажера обеспечивает замер мощности с помощью оператора.

Запись о значениях дыхательного объема и мощности вводится оператором вручную.

На экране монитора появляются соответствующие полученные в ходе тренировки тренды, например, как это показано на фигурах 2 и 3:

- фигура 2 иллюстрирует устойчивый положительный тренд удельного ДО, полученный в ходе тренировки, отражающий завышенную интенсивность нагрузки в аэробной тренировке.

- фигура 3 иллюстрирует стабилизирующийся тренд удельного ДО, полученный в процессе тренировки, отражающий преобладание аэробного энергообеспечения.

С учетом динамики удельного ДО, отраженной на фигуре 2, оператор уведомляет спортсмена о необходимости снижения нагрузки.

Динамика удельного ДО, отраженная на фигуре 3, показывает, что спортсмен сохраняет уровень аэробной производительности.

Аналогичным образом происходит анализ информации о втором, третьем и четвертом замерах с выдачей уведомления о целесообразности изменения нагрузки при отклонении сравниваемых трендов на величину, превышающую 10 %.

Альтернативной снижения нагрузки может быть изменение соотношения периодов нагрузки и отдыха. В этом случае, при наличии выраженной динамики удельного ДО (прирост более 10% относительно предыдущего измерения) пользователь произвольным образом снижает продолжительность периода нагрузки, либо увеличивает интервал отдыха до установления стабильной (в пределах 10%) динамики удельного ДО.

При управлении нагрузкой через смену характера двигательной деятельности происходит последовательный переход на менее биомеханически сложные варианты упражнения, до установления стабильной (в пределах 10%) динамики удельного ДО.

Автоматизированная система управления тренировочной нагрузкой известна из уровня техники и раскрыта, например, в патентном описании изобретения № 2733870.

Таким образом, во время тренировки физическая работоспособность спортсмена контролируется, тем самым предотвращается образование лактата, характеризующего переход в зону анаэробного энергообеспечения.

Использование способа по второму варианту отличается от вышеуказанного примера тем, что в период тренировки (второго этапа двигательной активности) спортсмен находится в естественных природных условиях, где совершает характерные для аэробного энергообеспечения спортивные движения, например, бег по легкоатлетическому кругу вне соревновательной деятельности. В данном виде тренировки затруднительно формализовать оценку мощности нагрузки, следовательно, с периодичностью, например, 5-10 минут спортсмен инициирует замеры дыхательного объема и ЧСС с помощью спирографа и пульсометра.

Аналогичным образом с помощью персонального компьютера, как в примере осуществления способа по первому варианту, происходит сравнение значений ВП зоны умеренной мощности со значениями ВП зоны преодолеваемой нагрузки.

Однако не прибегая к построению трендов, возможность анализа динамики ВП происходит через сравнение значения ВП на текущий момент с предыдущим значением.

При необходимости снижения нагрузки спортсмен по команде тренера снижает интенсивность предлагаемых тренировочных воздействий до достижения значения ЧСС, соответствующего нагрузке с отсутствием значимой динамики ВП. Контроль изменения нагрузки показывает снижение ЧСС на 10-15 ударов.

Точный расчет снижения нагрузки осуществляют следующим образом.

При изменении ВП (или удельного ДО), например, на 50% относительно предыдущего значения изменение (уменьшение) нагрузки составит 33%, что следует из расчета:

1/ (1+0,5) = 0, 667 или 66, 7 %;

1 – 0,667 = 0,333 или 33, 3% (с округлением до 33%).

Введение периода без нагрузки целесообразно при отсутствии методической или технической возможности дальнейшего уменьшения нагрузки.

На основании вышесказанного способ управления тренировочной нагрузкой расширяет линейку средств, обеспечивающих эффективность тренировки, также позволяет в режиме реального времени с учетом ответных биологических реакций пользователя оперативно корректировать преодолеваемую нагрузку для предотвращения образования кислородного долга, тем самым способ подтверждает свою безопасность для двигательной активности как с аэробным, так и с анаэробным энергообеспечением.

Изобретение относится к области физкультуры и спорта, а именно к методологии управления тренировочной нагрузкой, в том числе при использовании тренажеров или спортивных снарядов. Варианты способа для контроля энергообеспечения мышечной деятельности предусматривают использование маркеров, представленных в качестве изменений удельного дыхательного объема (ДО) под нагрузкой и вентиляционного пульса (ВП) без нагрузки. Процесс двигательной активности проводят в два этапа: на первом этапе – разминке – обеспечивают готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением по указанным маркерам, на втором этапе – тренировке – обеспечивают контроль мышечной деятельности. В рамках допустимых отклонений такой контроль осуществляют по удельному ДО (первый вариант) или по ВП (второй вариант). По результатам контроля уведомляют пользователя о целесообразности снижения нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки. Техническая проблема: необходимость расширения арсенала средств подобного назначения, предназначенных для обеспечения эффективности тренировочного процесса при активностях, характерных для энергообеспечения мышечной деятельности, проявляемой при различных видах двигательной активности. Способ обеспечивает предотвращение образования лактатного кислородного долга в течение проводимого при разнообразных видах спортивных движений тренировочного процесса, объективно выраженного через динамику достоверных маркеров аэробной физической работоспособности, с обеспечением обратной связи в виде выдачи пользователю решения для корректировки значений физической нагрузки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления тренировочной нагрузкой, характеризующийся тем, что в процессе двигательной активности в периоды под нагрузкой используют значения минутного объема дыхания (МОД) и мощности преодолеваемой нагрузки в качестве показателей первого вида для расчета удельного дыхательного объема (ДО) как отношение МОД к указанной мощности, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой удельного ДО, а в периоды без нагрузки используют значения МОД и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в качестве показателей второго вида для расчета вентиляционного пульса (ВП) как отношение МОД к ЧСС, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ВП, при этом процесс двигательной активности выполняют в два этапа, на первом этапе, предваряющем тренировку и обеспечивающем готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением, определяют показатели первого или второго видов и выявляют стабильные значения удельного ДО или ВП при соответствующей динамике не более чем на 10% относительно предыдущих значений, на втором этапе двигательной активности, представляющем собой тренировку, обеспечивают контроль энергообеспечения мышечной деятельности путем периодического определения показателей первого вида и при увеличении удельного ДО более чем на 10% относительно предыдущего значения уведомляют пользователя о необходимости снижения нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый этап двигательной активности представляет собой разминку.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пользователя оснащают носимым устройством, выполненным с функцией пульсометра для замеров ЧСС, также используют спирограф с наркозной маской для замеров ДО, предназначенных для определения МОД, второй этап двигательной активности совершают на тренажере, оснащенном электронным блоком, выполненным с функцией определения мощности преодолеваемой нагрузки, при этом носимое устройство, спирограф, электронный блок тренажера выполнены с возможностью связи по соответствующему протоколу с удаленным сервером, с которым сообщается процессорный блок, объединяющий функционально связанные модули, представляющие собой модуль данных о пользователе, модуль записи данных о показателях первого и второго видов, модуль обработки данных о показателях первого и второго видов, выполненный с функцией сравнения значений удельного ДО, также модуль управления тренировочной нагрузкой, выполненный с функцией периодической передачи данных о снижении нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки, поступающих в электронный блок тренажера, причем связь указанных модулей и носимого устройства организована так, что по сигналу носимого устройства выполняют замеры ДО для определения МОД, синхронизированных с определением указанной мощности или ЧСС, причем модуль управления тренировочной нагрузкой настраивают на передачу сигналов с периодичностью от 5 до 20 минут.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что модуль данных о пользователе включает идентифицирующие сведения о пользователе, включающие возраст, вес, рост, пол, морфологические признаки тела.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что о динамике удельного ДО и о динамике ВП судят путем построения соответствующих трендов.

6. Способ управления тренировочной нагрузкой, характеризующийся тем, что в процессе двигательной активности в периоды под нагрузкой используют значения минутного объема дыхания (МОД) и мощности преодолеваемой нагрузки в качестве показателей первого вида для расчета удельного дыхательного объема (ДО) как отношение МОД к указанной мощности, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой удельного ДО, а в периоды без нагрузки используют значения МОД и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в качестве показателей второго вида для расчета вентиляционного пульса (ВП) как отношение МОД к ЧСС, предназначенного для контроля энергообеспечения мышечной деятельности в соответствии с динамикой ВП, при этом процесс двигательной активности выполняют в два этапа, на первом этапе, предваряющем тренировку и обеспечивающем готовность пользователя к физической нагрузке с аэробным энергообеспечением, определяют показатели первого или второго видов и выявляют стабильные значения удельного ДО или ВП при соответствующей динамике не более чем на 10% относительно предыдущих значений, на втором этапе двигательной активности, представляющем собой тренировку, обеспечивают контроль энергообеспечения мышечной деятельности путем периодического определения показателей второго вида и при увеличении ВП более чем на 10% относительно предыдущего значения уведомляют пользователя о необходимости снижения нагрузки, или о необходимости уменьшения продолжительности нагрузки, или об интервале без нагрузки.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что двигательная активность представляет собой разминку.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что определяют МОД и ЧСС в период, не превышающий 30 сек непосредственно после прекращения нагрузки.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что определяют показатели второго вида с периодичностью 5-20 минут с использованием спирографа с наркозной маской и пульсометра.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что о динамике удельного ДО и о динамике ВП судят путем построения соответствующих трендов.