DE102017128004A1

DE102017128004A1 - Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur und Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus

Info

Publication number: DE102017128004A1
Application number: DE102017128004.9A
Authority: DE
Inventors: Punito Michael Aisenpreis
Original assignee: Aisenpreis Coaching & Therapie GmbH
Current assignee: Aisenpreis Coaching & Therapie GmbH
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-05-30
Also published as: DE102017012238B3

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur eines tierischen oder menschlichen Organismus kann eine differenziertere und präzisere Steuerung der Belastung ermöglicht werden, wenn sich dieses Steuerungsverfahren dadurch auszeichnet, dass aus der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation zumindest ein Steuerparameter ermittelt und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuerparameter die Belastung gesteuert wird. Auch kann eine sehr differenzierte und präzise Ansteuerungsmöglichkeit der Belastung bei einer Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus, die eine über Steuermittel ansteuerbare Belastungseinrichtung und eine Messeinrichtung zum Messen einer Körperfunktion umfasst und bei welcher die Steuermittel in Abhängigkeit von zumindest einem Steuerparameter die Belastungseinrichtung ansteuern und die Messeinrichtung diesen Steuerparameter bereitstellt, gewährleistet werden, wenn sich die Belastungsvorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Messeinrichtungsmittel zur Berechnung der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation aus dem Messergebnis und Mittel zur Ermittlung und Bereitstellung des zumindest einen Steuerparameters in Abhängigkeit von der berechneten Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur und eines tierischen oder menschlichen Organismus. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus.
Derartige Einrichtungen sind beispielsweise in Form von Ergometern, bei welchen die Belastung vom Puls abhängig gesteuert wird, hinlänglich bekannt. Auch offenbaren die US 5,803,870 , wie sich Herzkreislauftraining auf einer Belastungsmaschine durch die Herzfrequenz steuern lässt, bzw. die US 5,879,270 , wie die Messung der Herzrate eine Belastungsmaschine steuern kann.
Andererseits offenbaren die RU 2011 140 233 A , wie sich die Herzratenvariabilität in Echtzeit bei einem Arbeiter oder Fahrer messen lässt, die US 6,529,772 , wie sich durch die Herzratenvariabilität das Maß einer Belastung feststellen lässt, und die Forschungsarbeit von Flöter N, Schmidt T, Keck A, Reer R, Jelkmann W, Braumann KM von 2012 über die Bestimmung der individuellen anaeroben Schwelle mittels der Herzfrequenzvariabilität in Abhängigkeit von der sympathoadrenergen Aktivität, wie sich eine Belastung durch die Herzratenvariabilität präzise darstellen lässt.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur und eines tierischen oder menschlichen Organismus sowie eine Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus bereitzustellen, welche eine differenziertere und präzisere Steuerung der Belastung ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur und eines tierischen oder menschlichen Organismus sowie durch eine Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
So kann bei einem Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur eines tierischen oder menschlichen Organismus eine differenziertere und präzisere Steuerung der Belastung ermöglicht werden, wenn sich dieses Steuerungsverfahren dadurch auszeichnet, dass aus der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation zumindest ein Steuerparameter ermittelt und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuerparameter die Belastung gesteuert wird.
Auch kann eine sehr differenzierte und präzise Ansteuerungsmöglichkeit der Belastung bei einer Vorrichtung zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus, die eine über Steuermittel ansteuerbare Belastungseinrichtung und eine Messeinrichtung zum Messen einer Körperfunktion umfasst und bei welcher die Steuermittel in Abhängigkeit von zumindest einem Steuerparameter die Belastungseinrichtung ansteuern und die Messeinrichtung diesen Steuerparameter bereitstellt, gewährleistet werden, wenn sich die Belastungsvorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Messeinrichtungsmittel zur Berechnung der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation aus dem Messergebnis und Mittel zur Ermittlung und Bereitstellung des zumindest einen Steuerparameters in Abhängigkeit von der berechneten Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation umfasst.
Das zentrale Nervensystem und die Körperperipherie stehen in einer engen Verbindung zueinander über die autonome Regulation. Diese „Autonomie“ bezieht sich darauf, dass über das vegetative, also autonome, Nervensystem biologisch festliegende, automatisch ablaufende innerkörperliche Vorgänge angepasst und reguliert werden, die aus diesem Grunde vom Menschen willentlich nicht direkt, sondern allenfalls indirekt, beeinflusst werden können. Der Begriff des autonomen Nervensystems wurde von dem britischen Physiologen John Newbort Langley (1852-1925) geprägt.
Das somatische Nervensystem ermöglicht dagegen eine willkürliche und bewusste Reaktionsweise. Manche Organe von zentraler Bedeutung, wie die Lunge in Bezug auf die Atmung und die Sprache, werden von beiden Systemen gesteuert. Bei beiden Systemen liegt ein Teil im zentralen Nervensystem (ZNS), also im Gehirn und Rückenmark, während der andere Teil außerhalb davon liegt und aus diesem Grunde zum peripheren Nervensystem zu zählen ist.
Über das autonome (vegetative) Nervensystem werden zur Aufrechterhaltung des inneren Gleichgewichts (Homöostase) die lebenswichtigen Funktionen, also Vitalfunktionen, wie Herzschlag, Atmung, Verdauung und Stoffwechsel, kontrolliert und gesteuert. Auch andere Organe oder Organsysteme werden vom autonomen Nervensystem innerviert, so beispielsweise die Sexualorgane, endokrine Drüsen, die insbesondere die Hormone bereitstellen, exokrine Drüsen, wie beispielsweise Schweißdrüsen, das Blutgefäßsystem, insbesondere in Bezug auf den Blutdruck, oder die inneren Augenmuskeln, beispielsweise in Bezug auf die Pupillenreaktionen.
Man untergliedert das vegetative Nervensystem nach funktionellen und anatomischen Gesichtspunkten in ein sympathisches Nervensystem, zwei parasympathische Nervensysteme - myeliniert und unmyeliniert - und das entherische Nervensystem (ENS), das Nervensystem des Magen-Darm-Trakts, welches sich als ein vollkommen selbstständiges Regelsystem darstellt, welches jedoch durch Signale vom sympathischen Nervensystem bzw. von dem parasympathischen Nervensystemen beeinflusst wird.
Die Arbeit der meisten Bereiche des vegetativen Nervensystems kann normalerweise nicht direkt bewusst, also willentlich, beeinflusst werden. Über das vegetative Nervensystem regulierte Körperfunktionen, wie Pulsrate, Blutdruck oder Musekltonus werden allerdings indirekt über will- und unwillkürliche Aktivitäten beeinflusst. Körperliche Aktivität, aber auch Inaktivität, beeinflusst die vegetativ regulierten Funktionen - mithin auch die autonome Regulation.
Während also bei herkömmlichen Ansteuerungen von Ergometern letztlich lediglich physiologische Absolutwerte, wie beispielsweise der Puls, zur Steuerung der Belastung benutzt werden, dient vorliegend hierzu - zumindest ergänzend - die Fähigkeit zur autonomen Regulation, also die Möglichkeit des jeweiligen Körpers sich an veränderte Rahmenbedingungen anzupassen. Dieses kann insbesondere dazu dienen, ein Übertraining, Gewebeschädigungen oder eine unzureichende bzw. ineffektive Belastung zu vermeiden.
Als Belastung kommt insbesondere eine mechanische Belastung in Frage, wobei diese beispielsweise bei einem Ergometer durch die Höhe der zu leistenden Arbeit oder auch durch eine entsprechend angepasst Sollgeschwindigkeit, beispielsweise bei Ergometern oder beim Treppensteigen, gesteuert werden kann. Auch andere mechanische Belastungen, wie gezielt gesteuerte Spaziergänge oder Hebetätigkeiten und ähnliches können diesbezüglich zur Anwendung kommen.
Auch kann die Belastung beispielsweise respiratorisch erfolgen, indem z.B. der Sauerstoffanteil oder ein Anteil an inertem Gas, wie Stickstoff oder Helium, variiert werden. Hierbei können insbesondere Hypoxiezeiten oder Hyperoxiezeiten, die Stärke dieser Belastung, also beispielsweise die Konzentration an Sauerstoff bzw. an inertem Gas, die Zahl etwaiger Hypoxie-Hyperoxiezyklen und/oder die Phasenlänge dieser Zyklen entsprechend variiert werden.
Es versteht sich, dass die Belastung insbesondere durch Bewegung erfolgen kann, wobei das Maß der Bewegung, also wie hierbei aufgebrachte Kräfte und Geschwindigkeiten als Maß für die Belastung gesehen werden können. Andererseits versteht es sich, dass Belastung auch auf Grund einer Reizbehandlung erfolgen kann, was beispielsweise durch Licht, Schall, Temperatur, Allergene oder sonstige physiologische Einflüsse und/oder durch sonstigen Stress, insbesondere durch physikalischen oder chemischen Stress, dargestellt sein kann. Je nach Art der Belastung kann dann auch ein gezieltes Training der so belasteten Teile des Körpers erfolgen.
Die Fähigkeit zur autonomen Regulation kann beispielsweise aus der Herzratenvariabilität (HRV) quantifiziert werden, wobei alternativ auch andere quantifizierbare Größen, die eine Aussage zur autonomen Regulation beinhalten, dementsprechend genutzt werden können.
Die Herzratenvariabilität bzw. besonders die zur Herzratenvariabilität zugehörigen Indikatoren stellen insbesondere einen nicht invasiven und objektiven Marker der peripheren Integration bzw. der autonomen Regulation dar. Dabei steht eine hohe Variabilität für eine hohe Regulations- und Anpassungsfähigkeit und geht in der Regel mit einer besseren Gesundheit einher.
Insofern ist es von Vorteil, wenn die Messeinrichtung der Belastungsvorrichtung die Herzrate misst und die Berechnungsmittel anhand der Herzrate die Herzratenvariabilität, oder zugehörige Indikatoren bzw. Parameter der Herzratenvariabilität, als Maß der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation berechnen.
Andererseits versteht es sich, dass beispielsweise statt der Herzratenvariabilität eine Variabilität der Pupillenreaktionen oder chemischer bzw. hormoneller Prozesse des Körpers diesbezüglich genutzt werden können, um ein Maß für die Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation zu gewinnen.
Die Regulations- und Anpassungsfähigkeit kann durch unterschiedliche Faktoren positiv, beispielsweise durch Sport, oder negativ, beispielsweise durch chronische Stressbelastung, beeinflusst werden.
Es versteht sich andererseits, dass insbesondere auch die Fähigkeit zur autonomen Regulation anhand mehrere zugehöriger Marker, wie der Herzratenvariabilität, der Pupillenreaktionen, der Körperchemie und so weiter, kumuliert quantifiziert werden kann, um ein möglichst differenziertes Bild der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation zu erhalten und für die Steuerung der Belastung zu nutzen.
Insbesondere ist es auch denkbar, dass die Messeinrichtung mehrere Parameter aus der Herzratenvariabilität oder einem anderen Marker der Fähigkeit zur autonomen Regulation ermittelt und als Steuerparameter bereitstellt, was dementsprechend eine sehr differenzierte Ansteuerungsmöglichkeit der Belastung ermöglicht.
Es versteht sich, dass ergänzend weitere Messergebnisse, wie beispielsweise herkömmlich die Pulsrate oder der Blutdruck, als Steuerparameter genutzt werden können, um auch diesbezüglich die Belastung optimal ansteuern zu können.
Um aktuelle Schwankungen, zum Beispiel eine Tagesformabhängigkeit, zu berücksichtigen, ist es von Vorteil, wenn im Ruhezustand des Organismus vor einer Belastung eine Basismessung durchgeführt und ein Basisparameter ermittelt wird, der den Wert des Steuerparameters bzw. die Steuerung beeinflusst. Dementsprechend ist es kumulativ bzw. alternativ hierzu von Vorteil, wenn die Belastungsvorrichtung Speichermittel zur Speicherung des Basisparameters aufweist. Da die Fähigkeit des Körpers zur autonomen Regulation von äußerst vielen Faktoren abhängt und insbesondere auch Abhängigkeiten von Entspannung oder Stress aufweist, ist nicht nur eine individualisierte Basismessung, welche einmalig erfolgt, sondern die regelmäßige Aufnahme von Basiswerten bei möglichst geringer körperlicher Belastung diesbezüglich von Vorteil, um aktuellen bzw. individuellen Schwankungen Rechnung tragen zu können. Insbesondere im Zusammenspiel mit der Ermittlung bzw. Speicherung des Basisparameters können ein Übertraining bzw. Gewebeschädigungen aber auch eine unzureichende oder ineffektive Belastung auf ein Minimum reduziert werden, da die jeweilige Belastung wesentlich differenzierter auf die aktuelle Fähigkeit des jeweiligen Körpers zur autonomen Regulation abgestimmt werden kann. Es versteht sich, dass letzteres nicht nur für die absolute Belastung sondern auch für etwaige Änderungen während des Belastungsvorganges gilt.
Auf den Belastungsvorgang kann im Übrigen noch individuell eingewirkt werden, wenn die Belastungsvorrichtung Mittel zur zusätzlichen manuellen Beeinflussung des zumindest ein Steuerparameters über Bedienungselemente oder gleichwerte elektronische Signale aufweist. Dieses ermöglicht die Eingabe weiterer Parameter, die für eine Steuerung der Belastung genutzt werden können, wenn diese beispielsweise aus separaten komplexen Messungen gewonnen worden sind, welche nicht unmittelbar und in Echtzeit vorgenommen werden können. Auch können auf diese Weise noch individuelle Anpassungen der Belastung erfolgen, die nicht aus objektiv messbaren Werten sondern beispielsweise aus Befindlichkeitsprüfungen oder durch pure Beobachtung, gewonnen wurden.
Insbesondere kann der Steuerparameter einen Sollwertbereich beinhalten, der in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Basismessung und/oder eine vorgehbaren Stufe der Belastung gesetzt wird. Dieses ermöglicht es, dass die Belastung ggf. innerhalb des Sollwertbereichs auf Grund anderer Parameter, beispielsweise der Herzrate oder anderer unmittelbar leistungsbezogener bzw. belastungsbezogener Parameter, angesteuert werden kann. Insbesondere kann der Sollwertbereich auch durch die Fähigkeit zur autonomen Regulation, wie diese gerade vorliegt, vorgegeben sein, sodass entsprechende Änderungen der Belastung nur innerhalb des aus der Fähigkeit zur autonomen Regulation ermittelten Sollwertbereichs möglich sind. Es versteht sich, dass im Rahmen der konkreten Umsetzung verschiedene Ansätze denkbar sind, wie eine akute Fähigkeit zur autonomen Regulation oder auch der Basisparameter genutzt werden, um die Belastung dann individuell und ergänzend mit weiteren Messergebnissen bzw. Steuerparametern in gewünschter Weise zu steuern.
Eine einfache Messmethodik kann bereitgestellt werden, wenn eine EKG-, EEG-, EMG- oder Pulsmessung am Organismus erfolgt. Derartige Messungen sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere um auch aus derartigen Messungen unmittelbar und direkt Steuerparameter zur Steuerung einer Belastungsprozedur zu berechnen, was insbesondere bei herkömmlichen Ergometern oder im Rahmen herkömmlicher Belastungsmessungen bereits erfolgt. Bei geeigneter Ausgestaltung können aus derartigen Messungen auch Informationen über die Fähigkeit zur autonomen Regulation des entsprechenden Körpers gewonnen werden, insbesondere entsprechende Parameter der Herzratenvariabilität, die dann als einfach und schnell zugängliches Maß für die Fähigkeit zur autonomen Regulation genutzt werden können. Insbesondere können aus diesen Messungen dann die Belastungen entsprechend gesteuert werden.
Die vorgenannten Messmethoden haben an sich zunächst einmal den Vorteil, dass sie bereits gut etabliert sind, sodass lediglich ergänzend aus dem jeweiligen Messergebnissen ein Maß für die Fähigkeit zur autonomen Regulation ermittelt werden muss bzw. braucht. Hierzu sind herkömmliche Belastungsvorrichtungen entsprechend ergänzend umzurüsten, was - da bereits vorhandene Messwertaufnehmer genutzt werden können - verhältnismäßig kostengünstig geschehen kann.
Es versteht sich, dass auch andere bekannte Messergebnisse, welche betriebssicher auch eine Aussage über die Fähigkeit zur autonomen Regulation liefern können, wie beispielsweise eine Variation der chemischen Zusammensetzung des Atemausstoßes oder des Blutes, dementsprechend zur Anwendung kommen können.
Bevorzugt wird der Steuerparameter aus der Fähigkeit zur autonomen Regulation online ermittelt und die Belastung vorzugsweise online gesteuert, sodass die Belastung während ihrer Einwirkung auf den jeweiligen Organismus entsprechend kurzzeitig angepasst werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Steuerparameters und/oder die Steuerung der Belastung in Echtzeit, was eine entsprechend individuelle Ansteuerung der Belastung ermöglicht. Hierbei sind selbst Zeitspannen von wenigen Minuten, vorzugsweise von wenigen Sekunden, während einer Belastung durchaus tolerierbar, da die Fähigkeiten zur autonomen Regulation häufig nicht äußerst kurzzeitigen Schwankungen unterliegen und für kurzzeitige Schwankungen ggf. direkte Parameter, wie die Pulsrate oder der Blutdruck, als Maß benutzt werden können.
Andererseits ist es denkbar, dass die Fähigkeit zur autonomen Regulation, welche sich naturgemäß hinsichtlich unterschiedlicher in Körperfunktionen auch unterschiedlich darstellen kann, nach geeigneten Untersuchungen zur Vorhersage der zukünftigen Belastungsfähigkeit eines Organismus genutzt werden kann, sodass die Ermittlung der Steuerparameter bzw. die Ansteuerung der Belastung in Abhängigkeit von der Fähigkeit zur autonomen Regulation vorzugsweise schneller als in Sekunden ermittelt werden sollte, um entsprechende Aussagen möglichst frühzeitig treffen und eine Anpassung der Belastung auch entsprechend frühzeitig vornehmen zu können.
Die Herzratenvariabilität kann naturgemäß nicht in Millisekunden entsprechende Aussagen liefern, da zur Bestimmung der Herzratenvariabilität nicht nur eine Herzrate sondern auch deren Variabilität untersucht werden muss, sodass die entsprechenden Messergebnisse naturgemäß nicht in Millisekundenbereich vorliegen können. Andererseits ermöglicht gerade die Herzratenvariabilität eine verhältnismäßig schnelle Aussage über die Fähigkeit zur autonomen Regulation des Körpers, die ansonsten bei herkömmlichen Belastungsvorgängen überhaupt nicht getroffen werden kann, sodass auf diese Weise, obgleich signifikante Werte erst nach mehreren Sekunden vorliegen können, sehr zeitnah - und damit entsprechend üblicher Belastungsvorgänge in Echtzeit - Aussagen über die Fähigkeit zur autonomen Regulation getroffen werden können.
Es versteht sich, dass die vorstehend erläuterten Verfahrensschritte im Rahmen einer elektronischen Steuerung umgesetzt werden können. Dementsprechend ist es denkbar, diese Verfahrensschritte auch in Form eines Programmcodes vorzuhalten und zu speichern. Folglich ist auch ein Bauteil bzw. ein Datenträger, auf welchem ein entsprechender Programmcode gespeichert ist, entsprechend vorteilhaft. Ein derartiges Bauteil oder Datenträger kann insbesondere dann in einer Belastungsvorrichtung vorgesehen sein. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dieses über eine geeignete Schnittstelle oder aber über eine feste Verdrahtung umzusetzen.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs einschließlich einer Prinzipansicht einer ersten Belastungsvorrichtung;
2 eine Prinzipansicht einer zweiten Belastungsvorrichtung; und
3 eine Prinzipansicht einer dritten Belastungsvorrichtung.

Die in den 1 bis 3 schematisch dargestellten Belastungsvorrichtungen 10 weisen jeweils eine Recheneinheit 11 auf, in welcher eine Belastung eines Organismus gesteuert bzw. nach bestimmten Vorgaben geregelt werden kann.
Hierzu weisen die Belastungsvorrichtungen 10 jeweils eine Belastungseinrichtung 40 auf, mittels welcher der jeweilige Organismus einer Belastung unterzogen werden kann.
Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen handelt es sich jeweils um einen menschlichen Organismus 20, welcher der Belastung unterzogen wird, wobei es sich versteht, dass in anderen Ausführungsformen auch andere Organismen zur Anwendung entsprechend belastet werden können, wobei hier insbesondere naturgemäß Tiere, wie beispielsweise Sportpferde oder Hunde für Hunderennen, angedacht sind. Dementsprechend kann es notwendig sein, die Belastungseinrichtung 40 an den jeweiligen Organismus anzupassen, was insbesondere hinsichtlich der Tragfähigkeit und auch der Art, wie beispielsweise eine Atemluftkontrolle 42 vorgenommen wird, geschehen kann.
Die Belastungsvorrichtungen 10 weisen darüber hinaus Messeinrichtungen 50 auf, mittels derer Körperfunktionen gemessen werden. Auch umfassen die Belastungsvorrichtungen 10 Steuermittel 30, über welche dann die Belastungseinrichtungen 40 ansteuerbar sind und welche mit den jeweiligen Messeinrichtungen 50 zusammenwirken, um wenigstens einen Steuerparameter 31, in dessen Abhängigkeit dann die Belastung gesteuert werden kann, zu ermitteln.
Bei den in 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen umfassen Messmittel 60 (lediglich in Ablaufdiagramm explizit beziffert) eine EKG-Messeinrichtung 59, während bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ein herkömmlicher Pulsmesser 57 diesbezüglich zur Anwendung kommt, der bei diesem Ausführungsbeispiel über die Handgriffe der Belastungseinrichtung 40 arbeitet. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen auch Pulsmesser, welche den Puls am Ohr oder am Daumen abnehmen, zur Anwendung kommen können. Auch versteht es sich, dass in abweichenden Ausführungsformen auch andere Messeinrichtungen, beispielsweise für eine EEG- oder EMG-Messung zur Anwendung kommen können. Ebenso können die anhand der Ausführungsbeispiele in 1 bis 3 dargestellten Messeinrichtungen in beliebiger Weise kombiniert oder alterniert werden.
Ergänzend umfassend die Messmittel 60 noch jeweils eine Luftzusammensetzungsmesseinrichtung 58, durch welche der O₂- bzw. CO₂-Ausstoß und/oder die O₂-Aufnahme des menschlichen Organismus 20 in Echtzeit ermittelt werden kann.
Die Belastungseinrichtungen 40 weisen darüber hinaus Bedingungselemente 41 (lediglich in 1 exemplarisch beziffert) auf, mit denen beispielsweise Sauerstoff oder Gaskonzentrationen, Phasenlängen für eine Hypoxie oder die Anzahl der Zyklen zwischen Hypoxie und Hyperoxie angegeben werden können. Bei dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen erfolgt eine derartige Eingabe über ein Kontrollpanel bzw. einen Touchscreen, was an sich hinlänglich bekannt ist und im Detail nicht näher erläutert werden braucht.
Je nach konkreter Vorgabe können die Belastungseinrichtungen 40 individuell anpassbar sein, was insbesondere Sitzhöhe und Neigungswinkel der Bedienelemente und ähnliches betrifft. Es versteht sich des Weiteren, dass die jeweiligen Belastungsvorrichtungen 10 auch Schnittstellen aufweisen können, mit denen eine Kommunikation zu externen elektronischen Geräten möglich ist, wie dieses heutzutage aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Belastungseinrichtungen weisen darüber hinaus eine Atemluftkontrolle 42 auf, die jedoch - je nach konkreter Umsetzung - auch nicht vorhanden sein kann, solange andere Einrichtungen zur Belastungen des menschlichen Organismus 20 vorgesehen sind. Darüber hinaus weist die in 2 dargestellte Belastungseinrichtung 40 noch ein Laufband 43 auf, welches an sich aus dem Stand der Technik her hinlänglich bekannt ist und lediglich in seiner Kombination mit der Atemluftkontrolle 42 und der Ausgestaltung der vorliegenden und hier beschriebenen Veränderungen modifiziert werden muss. Letzteres gilt auch für das Fahrrad 44 der in 3 dargestellten Belastungseinrichtung 40. Es versteht sich, dass an Stelle derartiger Belastungseinrichtungen 40 beispielsweise auch Rudergeräte oder ähnliches zur Anwendung kommen können. Auch ist es beispielsweise denkbar, die Messeinrichtung 50 und die Recheneinheit 11, sowie beispielsweise eine respiratorische Belastung über eine Atemluftkontrolle 42, möglicherweise gemeinsam mit einer Gasflasche 45, tragbar auszugestalten, sodass die mechanische Belastung beispielsweise durch Spazierengehen oder durch Treppensteigen dargestellt sein kann.
Um eine respiratorische Belastung bereitstellen zu können, weisen die in den 1 bis 3 dargestellten Belastungseinrichtungen 40 noch eine Gasflasche 45 auf, welche bei diesen Ausführungsbeispielen mit He gefüllt ist. In abweichenden Ausführungsbeispielen können hier kumulativ bzw. alternativ andere Gase, wie beispielsweise CO₂ oder O₂, insbesondere in getrennten Gasflaschen 45 zur Anwendung kommen. Hierbei werden die entsprechenden Gase der Atemluft über die Atemluftkontrolle 42 belastend oder auch entlastend, was die Zugabe von O₂ betrifft, aufgegeben, was an sich über eine herkömmliche Gassteuerung erfolgen kann, die insbesondere auch im respiratorischen Anwendungsbereich an sich hinlänglich bekannt ist.
Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen sind in der Recheneinheit 11 in Bezug auf die Messeinrichtung 50 Berechnungsmittel 51 vorgesehen, welche der Berechnung der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation aus dem Messergebnis dienen. Darüber hinaus umfassen die in den jeweiligen Recheneinheiten 11 umgesetzten Messeinrichtungen 50 Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel 52, über welche der zumindest eine Steuerparameter 31 in Abhängigkeit von der berechneten Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation ermittelt und bereitgestellt werden kann.
Konkret durch die Bedienungselemente 41 bzw. durch andere Bedienmöglichkeiten sind auch Mittel 53 zur manuellen Beeinflussung des Steuerparameters 31 vorgesehen, was -je nach konkreter Umsetzung - auch durch gleichwertige elektronische Signale, beispielsweise über eine nach außen gerichtete Schnittstelle, geschehen kann.
Darüber hinaus finden sich in der Recheneinheit 11 Speichermittel 32, mittels welcher ein Basisparameter 21 jeweils abgespeichert werden kann. Wie nachfolgend noch erläutert wird, kann dieser Basisparameter 21, je nach konkreter Umsetzung beispielsweise aus den Messergebnissen der Messmittel 60 bereitgestellt, ermittelt und anschließend in den Speichermitteln 32 abgespeichert werden.
Ergänzend sind in den Recheneinheiten 11 noch Vorgabemittel 39 vorgesehen, welche ebenfalls zu den Mitteln 53 zur manuellen Beeinflussung zu zählen sind, welche durch die Bedienungselemente 41 oder andere Eingabemöglichkeiten umgesetzt sind und über welche Vorgabeparameter 38 manuell vorgegeben werden können, die bei der Ermittlung- und Bereitstellung des oder der Steuerparameter 31 über die Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel 52 zur Anwendung kommen bzw. kommen können.
In konkreter Umsetzung wird nun vorzugsweise eine EKG Grundmessung bzw. eine Pulsmessung über den Pulsmesser 57 bzw. die EKG-Messeinrichtung 59 der Messeinrichtung 50 in Ruhe (Baseline) zur Ermittlung eines Basisparameters 21 ausgeführt, bei der mehrere Herzratenvariabilitätsparameter, insbesondere vorzugsweise altersabhängig mit Hilfe von vordefinierten Sollwerten bestimmt werden. Der Basisparameter 21 kann dann in den Speichermitteln 32 abgespeichert werden.
Basierend darauf kann ggf. auch eine Einteilung vorgenommen werden, welche Probanden in mehrere Belastungsgruppen einteilt. Jeder der Belastungsgruppen können dann beispielsweise entsprechende Vorgabeparameter 38, oder HRV-Zielwerte genannt, zugewiesen. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel sind drei Belastungsgruppen mit hohem Vorgabeparameter 35, mittlerem Vorgabeparameter 36 bzw. niedrigem Vorgabeparameter 37 gewählt, wobei in abweichenden Ausführungsformen hier auch mehr oder weniger Vorgabeparameter 38 gewählt werden können.
Die Belastung kann durch eine Echtzeitanalyse über die Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel 52 dann voreingestellt, überwacht und gesteuert werden, welche die belastungsabhängige Abweichung der Messwerte 54, 55, 56 von den Vorgabeparametern 38, 35, 36, 37 bzw. HRV-Zielwerte unter Berücksichti8gung der Basisparameter, sei dieser beispielsweise ein hoher Basisparameter 22, ein mittlerer Basisparameter 23 oder ein niedriger Basisparameter 24, fortlaufend ermittelt und entsprechende Steuerparameter 31 bereitstellt und gegebenenfalls die Belastungseinrichtung 40 ansteuert.
Die vorliegende Ausgestaltung geht über die momentan angewandte Belastungsmessung via Herzfrequenz und ggf. eine einmalige Spiroergometrie Messung hinaus und erlaubt eine sekundengenaue Steuerung einer Belastung für den menschlichen oder tierischen Organismus, wobei ggf. eine direkte Belastungsauswertung 62, beispielsweise der Pulsrate, vorgenommen werden kann, um einen weiteren Steuerparameter 61 bereitzustellen, der von den Steuermittel 30 ausgegeben wird. In einer abweichenden Ausführungsform kann dieser Steuerparameter 61 auch mit dem Steuerparameter 31 gemeinsam ausgegeben werden.

Eine beispielhafte Belastungsskala in Abhängigkeit von eine Baselineanalyse bzw. in Abhängigkeit von dem Basisparameter 21 kann sich wie folgt darstellen:

	niedrige HRV, Basisparameter 24: regenerieren	normale HRV, Basisparameter 23: Ausbalancieren	hohe HRV, Basisparameter 22: fordernd, Trainieren
hohe Belastung, hoher Vorgabeparameter 35	HRV Verringerung mittel	HRV Verringerung hoch	HRV Verringerung sehr hoch
mittlere Belastung, mittlerer Vorgabeparameter 36	HRV Steigerung/ Verringerung gering	HRV Steigerung/ Verringerung mittel	HRV Steigerung/ Verringerung hoch
geringe Belastung, niedriger Vorgabeparameter 37	HRV Steigerung gering	HRV Steigerung mittel	HRV Steigerung hoch

Es versteht sich, dass entsprechende Messungen, Auswertungen und Ansteuerungen auch für SpO₂ oder die Atmung bzw. auch für sonstige Marker für die Fähigkeit zur autonomen Regulation vorgenommen werden können, um auf diese Weise die Steuerung der Belastung noch weiter zu verfeinern, wobei hierbei ähnlich, wie bei der vorstehend erläuterten HRV vorgegangen werden kann. Die so ermittelten Steuerparameter 31 können als ein Wert oder aber getrennt ausgegeben und verarbeitet werden.
Für eine konkrete Umsetzung eines Verfahrens zur Steuerung einer Belastungsprozedur wird ein menschlicher Organismus 20 oder ein tierischer Organismus über die Messmittel 60 und mithin über ein Kabel oder drahtlos an Sensoren angeschlossen, die ein EKG, eine Pulswelle, ein EMG, ein EEG, SpO₂, Atmung und/oder weitere physiologische Parameter ableiten und in zu den Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel 52 transportieren. Die Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel 52, verbunden mit der Belastungseinrichtung 40, wie z. B. einem Ergometer, dem Fahrrad 44 einem Laufband 43 oder einer Atemluftkontrolle 42 mit wechselnden O₂ oder Mischgas-Konzentrationen, die durch eine Atemmaske und einem Schlauch appliziert wird, kann der Grad der autonomen Regulation des Probanden z. B. durch die Analyse mehrerer Parameter der Herzratenvariabilität aber auch der Atemluft oder ähnlichem in Ruhe ohne Belastung errechnet und als Basisparameter 21 bereitgestellt. Die Herzratenvariabilität kann insbesondere mit weiteren physiologischen Parametern zu einem Basisparameter 21 zusammengesetzt werden. Der Basisparameter 21 kann der autonomen Regulation in Ruhe kann mit Sollwerten verglichen und der Proband in einer von 3 oder mehreren Leistungsgruppen zugewiesen werden.
Danach kann für oben genannte Leistungsgruppen eine spezifische Belastungsintensität gewählt werden, die beispielsweise entweder fordernd, ausbalancierend oder regenerierend eingestellt werden kann. Einer fordernden, ausbalancierenden oder regenerierenden Belastung jeder der Leistungsgruppen kann dann z.B. jeweils ein vorberechneter Sollwert-Bereich zugeteilt werden, der dann dem Steuerparameter 31 zugrundeliegen kann.
Bezugszeichenliste

10: Belastungsvorrichtung
11: Recheneinheit
20: menschlicher Organismus
21: Basisparameter
22: hoher Basisparameter
23: mittlerer Basisparameter
24: niedriger Basisparameter
30: Steuermittel
31: Steuerparameter
32: Speichermittel
35: hoher Vorgabeparameter
36: mittlerer Vorgabeparameter
37: niedriger Vorgabeparameter
38: Vorgabeparameter
39: Vorgabemittel
40: Belastungseinrichtung
41: Bedienungselement
42: Atemluftkontrolle
43: Laufband
44: Fahrrad
45: Gasflasche
50: Messeinrichtung
51: Berechnungsmittel
52: Ermittlungs- und Bereitstellungsmittel
53: Mittel zur manuellen Beeinflussung
54: hoher Messwert
55: mittlerer Messwert
56: niedriger Messwert
57: Pulsmesser
58: Luftzusammensetzungsmesseinrichtung
59: EKG-Messeinrichtung
60: Messmittel
61: Steuerparameter
62: direkte Belastungsauswertung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5803870 [0002]
US 5879270 [0002]
RU 2011140233 A [0003]
US 6529772 [0003]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Belastungsprozedur eines tierischen oder menschlichen Organismus, dadurch gekennzeichnet, dass aus dessen Fähigkeit zur autonomen Regulation zumindest ein Steuerparameter (31) ermittelt und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuerparameter (31) die Belastung gesteuert wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fähigkeit zur autonomen Regulation anhand der Herzratenvariabilität (HRV) quantifiziert wird.
Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand des Organismus vor einer Belastung eine Basismessung durchgeführt und ein Basisparameter (21) ermittelt wird, der den Wert des Steuerparameters (31) bzw. die Steuerung beeinflusst.
Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine EKG-, EEG-, EMG- oder Pulsmessung am Organismus erfolgt und aus dieser Messung der Steuerparameter (31) berechnet und/oder die Belastung gesteuert wird.
Steuerungsverfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Steuerparameter (31) einen Sollwertbereich beinhaltet, der in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Basismessung und/oder einer vorgebbaren Stufe der Belastung gesetzt wird.
Vorrichtung (10) zur gesteuerten Belastung eines tierischen oder menschlichen Organismus (20), die eine über Steuermittel (30) ansteuerbare Belastungseinrichtung (40) und eine Messeinrichtung (50) zum Messen einer Körperfunktion umfasst, wobei die Steuermittel (30) in Abhängigkeit von zumindest einem Steuerparameter (31) die Belastungseinrichtung (10) ansteuern und die Messeinrichtung (50) diesen Steuerparameter (31) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (50) Mittel (51) zur Berechnung der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation aus dem Messergebnis und Mittel (52) zur Ermittlung und Bereitstellung des zumindest einen Steuerparameters (31) in Abhängigkeit von der berechneten Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation umfasst.
Belastungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (50) die Herzrate misst und die Berechnungsmittel (51) anhand der Herzrate die Herzratenvariabilität (HRV) als der Fähigkeit des Organismus zur autonomen Regulation berechnen.
Belastungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (50) mehrere Parameter aus der HRV ermittelt und als Steuerparameter (31) bereitstellt.
Belastungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch Speichermittel (32) zur Speicherung eines Basisparameters (21).
Belastungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel (53) zur zusätzlichen manuellen Beeinflussung des zumindest einen Steuerparameters (31) über Bedienungselemente (41) oder gleichwertige elektronische Signale.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Belastungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerparameter (31) aus der Fähigkeit zur autonomen Regulation online, insbesondere in Echtzeit, ermittelt und die Belastung vorzugsweise online, insbesondere in Echtzeit, gesteuert wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 11 oder Belastungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung mechanisch, respiratorisch, durch Bewegung, aufgrund einer Reizbehandlung durch Licht, Schall, Temperatur, Allergene, psychologische Einflüsse und/oder durch sonstigen Stress, insbesondere durch physikalischen oder chemischen Stress, dargestellt ist.
Bauteil oder Datenträger zum Speichern eines Programmcodes, der die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 5 in Verbindung mit einer elektronischen Steuerung ausführen kann.
Belastungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 12 mit einem Bauteil oder Datenträger nach Anspruch 13.