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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person
und/oder für
die Überprüfung der
Muskelleistung einer Person. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zum Erfassen von Körperfunktionen,
insbesondere zur Verwendung mit einem Trainingsgerät, das nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu betreiben ist.
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Trainingsgeräte, wie Heimtrainer, Ellipsentrainer,
Rudergeräte
und ähnliches,
mit denen Muskeln einer Person trainiert oder deren Muskelleistung überprüft und erfaßt werden
sollen, müssen
so ausgelegt sein, dass sie von möglichst vielen verschiedenen
Personengruppen, die sich hinsichtlich ihrer körperspezifischen Eigenschaften,
wie des Geschlechtes, ihrer Körperhöhe und -masse,
ihres Alters oder auch ihrer körperlichen
Konstitution, voneinander unterscheiden, benutzt werden können. Die Vielfalt
an möglichen
Anwendern derartiger Trainingsgeräte bedeutet jedoch auch, dass
für jede
Personengruppe eigene Trainingsabläufe und Höchstbelastungen vorgegeben
werden müssen,
um eine möglichst
schonende Muskelbelastung sicherzustellen. Um dies zu gewährleisten,
werden üblicherweise an
den Steuerungseinrichtungen der Trainingsgeräte Anzeigen oder Tabellen vorgesehen,
die der jeweils trainierenden Person Verhaltensmaßregeln
und Hinweise für
ein schonendes Training geben. Ferner ist es bekannt, während des
Trainings, die Herzschlagfrequenz der trainierenden Person zu erfassen
und am Trainingsgerät
anzuzeigen, damit die trainierende Person ihr Training an die aktuelle
körperliche
Situation anpassen kann. Der Trainingserfolg ist jedoch maßgeblich
von der jeweils trainierenden Person und deren Bereitschaft, diese
Verhaltensmaßregeln
und Hinweise zu beachten, abhängig.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes bzw. eine Vorrichtung,
insbesondere zur Verwendung mit einem Trainingsgerät, anzugeben,
bei dem bzw. bei dessen Verwendung ein äußerst schonendes Muskeltraining und/oder
eine äußerst schonende Überprüfung der Muskelleistung
einer trainierenden Person möglich ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren
mit den Merkmalen nach Anspruch 1 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining
einer Person und/oder für
die Überprüfung der Muskelleistung
einer Person. Des weiteren löst
die Erfindung die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
nach Anspruch 11 zum Erfassen von Körperfunktionen, welche insbesondere
zur Verwendung mit einem Trainingsgerät geeignet sein soll.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining
einer Person und/oder für
die Überprüfung der
Muskelleistung einer Person. Ein derartiges Trainingsgerät ist mit
mindestens einer Trainingseinrichtung ausgestattet, an welcher Linearkräfte und/oder
Drehmomente angreifen, gegen die die Person mit Muskelkraft trainiert.
Ein wesentlicher Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf dem
Ansatz, die körperspezifischen
Eigenschaften der trainierenden Person, wie beispielsweise deren
Körperhöhe oder
Körpermasse
oder ihren Trainingszustand, bei der Ansteuerung der Trainingseinrichtung
zu berücksichtigen.
Zu diesem Zweck wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen,
dass die Steuerungseinrichtung die Trainingseinrichtung basierend
auf körperspezifischen
Datensätzen
der jeweils trainierenden Person ansteuert und unter Berücksichtigung
der in den körperspezifischen
Datensätzen
angegebenen Eigenschaften der trainierenden Person die von der Trainingseinrichtung
erzeugten Linearkräfte
und/oder Drehmomente variiert. Durch die Berücksichtigung dieser körperspezifischen
Eigenschaften der trainierenden Person kann die trainierende Person
für ein
optimiertes Muskeltraining schonend an ihre Leistungsgrenze herangeführt werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den
Unteransprüchen
sowie der Zeichnung.
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Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante
wird vorgeschlagen, die körperspezifischen
Datensätze
aus einem Speichermedium in die Steuerungseinrichtung des Trainingsgerätes einzulesen.
Das Speichermedium kann dabei unmittelbar am Trainingsgerät vorgesehen
sein, so dass beispielsweise durch Betätigen eines der trainierenden Person
zugeordneten Druckschalters an der Steuerungseinrichtung die im
Speichermedium abgespeicherten Datensätze aufgerufen und in die Steuerungseinrichtung
eingelesen werden. Alternativ oder ergänzend zu dem internen Speichermedium
ist es möglich
ein externes Speichermedium, beispielsweise eine Chipkarte oder
einen USB-Memory-Stick, einzusetzen, auf dem die der jeweiligen
Person oder Personengruppen zugeordneten körperspezifischen Datensätze abgespeichert
sind und das über
ein Lesegerät
oder eine geeignete Schnittstelle zur Übertragung der Datensätze mit
der Steuerungseinrichtung zu verbinden ist. Ferner ist es möglich, die
körperspezifischen
Datensätze über eine
Eingabeeinheit direkt in die Steuerungseinrichtung einzugeben.
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Als körperspezifische Datensätze werden die
Körperhöhe, die
Körpermasse,
das Alter, der Trainingszustand, Trainingsabläufe und/oder der Gesundheitszustand
der jeweils trainierenden Person zum Ansteuern der Trainingseinrichtung
verwendet. Ferner wird vorgeschlagen, bei Heimtrainern und Rudergeräten zusätzlich eine
für die
jeweilige Person hinsichtlich ergonomischer und orthopädischer
Gesichtspunkte für
das jeweilige Trainingsgerät
optimierte Sitzposition als körperspezifischen
Datensatz mit einzulesen bzw. abzuspeichern. Sofern das Trainingsgerät mit entsprechenden
Aktuatoren, beispielsweise zur Verstellung der Sitz- bzw. Sattelhöhe, der
Sitz- bzw. Sattelneigung und der Gabelhöhe, ausgestattet ist, wird
der Sitz bzw. Sattel sowie die Gabel in Positionen gestellt, die
an die Bein- und Armlängen sowie
an die Länge
des Torso der jeweils trainierenden Person optimal anpaßt sind.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ferner vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung zumindest
zeitweise die Trainingseinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einer
an der Person erfaßten Körperfunktion
ansteuert. Auf diese Weise wird ein Regelkreis gebildet, bei dem
die von der Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes erzeugten
Linearkräfte
und/oder Drehmomente, gegen die die Person trainiert, an den aktuellen
Körperzustand
der trainierenden Person angepaßt
werden, wobei auch die für die
trainierende Person körperspezifischen
Datensätze
mit berücksichtigt
wer den, wodurch ein an die individuellen Körpereigenschaften der trainierenden Person
bei gleichzeitiger Berücksichtigung
des aktuellen Belastungszustandes der Person optimierter Trainingsablauf
vom Trainingsgerät
selbständig
vorgegeben wird.
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Bei dieser Verfahrensvariante wird
ferner vorgeschlagen, die mindestens eine Körperfunktion unmittelbar an
oder nahe der Karotis der Person zu erfassen, basierend auf der
erfaßten
Körperfunktion Auswertedaten
zu ermitteln und an die Steuereinheit zu übertragen, so dass die Steuereinheit
basierend auf den Auswertedaten die Linearkräfte und/oder Drehmomente, die
von der Trainingseinrichtung erzeugt werden, verändert. Durch das Erfassen der mindestens
einen Körperfunktion
unmittelbar an der Karotis der Person ist ein sehr genaues Erfassen
der Körperfunktion
möglich.
So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass beispielsweise bei einer
Messung der Herzschlagfrequenz im Bereich der Karotis auf verhältnismäßig einfache
Weise nicht nur die Herzschlagfrequenz sondern auch der zeitliche
Ablauf des Herzschlages, d.h. die Systole und die Diastole, sehr
exakt bestimmt werden kann. Ferner ist auch eine für das normale
Training von der Genauigkeit her ausreichende Bestimmung des Blutsauerstoffes oder
Lactatspiegels beispielsweise durch Verwendung eines photometrischen
Messverfahrens problemlos möglich.
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Des weiteren ist es möglich, zwei
Körperfunktionen
an nahezu derselben Stelle des Körpers der
Person an der Karotis zu erfassen, wobei diese beiden Körperfunktionen
gegebenenfalls miteinander in Beziehung stehen, beispielsweise der
Lactatspiegel und die Herzschlagfrequenz. Hierdurch ist eine noch
genauere Regelung des Trainingsgerätes zu realisieren, wobei gleichzeitig
eine Überprüfung der erfaßten Körperfunktionen
möglich
ist. So haben beispielsweise Hochleistungssportler üblicherweise sehr
große
Herzkammern, so dass bereits mit einem einzigen Herzschlag große Mengen
Blut durch den Kreislauf gefördert
werden, mit der Folge, dass auch bei einer vergleichsweise hohen
körperlichen
Belastung der Pulsschlag nur geringfügig zunimmt. Wird ergänzend zur
Herzschlagfrequenz zusätzlich
der Lactatspiegel oder beispielsweise auch der Blutsauerstoff erfaßt, kann
die Herzschlagfrequenz mit dem Lactatspiegel oder dem Blutsauerstoff
in Relation gesetzt werden, so dass beispielsweise bei einer überproportionalen
Zunahme des Lactatspiegels davon ausgegangen werden kann, dass trotz
einer verglichen mit einer durchschnittlich trainierten Person nur geringen
Zunahme der Pulszahl der Hochleistungssportler im anaeroben, d.h.
sauerstofflo sen Trainingszustand trainiert, was für ein Ausdauertraining kontraproduktiv
wäre. Insbesondere
durch die Berücksichtigung
des Trainingszustandes als körperspezifischen
Datensatz kann somit unter Zuhilfenahme der zuvor angesprochenen
Relation zwischen verschiedenen Körperfunktionen ein optimierter
Trainingsablauf vom Trainingsgerät
vorgegeben werden.
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Bei eine besonders bevorzugten Abwandlung
dieser Verfahrensvariante wird deshalb vorgeschlagen, als Körperfunktion
den Lactatspiegel und/oder den Blutsauerstoff und/oder die Herzschlagfrequenz
und/oder den Blutzuckerspiegel und/oder die Körpertemperatur zu erfassen.
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Da das Trainingsvermögen von
den individuellen Körpereigenschaften
der jeweils trainierenden Person abhängt, wird ferner vorgeschlagen,
basierend auf den vorgegebenen körperspezifischen
Datensätzen,
maximal zulässige
Grenzwerte der betreffenden Körperfunktion
zu definieren. Diese Grenzwerte können dann beispielsweise dazu
verwendet werden, die von der Trainingseinrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder
Drehmomente soweit zu reduzieren, wenn die jeweils erfaßte Körperfunktion
den ihr zugeordneten maximal zulässigen
Grenzwert überschreitet,
dass eine Überbelastung
der trainierenden Person vermieden wird.
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Besonderes von Vorteil ist es bei
dieser Verfahrensvariante, wenn die Grenzwerte so eingestellt werden,
dass die von der Trainingseinrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder
Drehmomente, gegen die die betreffende Person trainiert, ein aerobes
Muskeltraining bei der betreffenden Person bewirken. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn das Trainingsgerät als Ausdauertrainingsgerät eingesetzt werden
soll.
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Sofern die trainierende Person, beispielsweise
ein Hochleistungssportler, bewußt
ein anaerobes Muskeltraining durchführen möchte, können die maximal zulässigen Grenzwerte
so verändert
werden, dass ein noch körperverträgliches
anaerobes Muskeltraining möglich
ist, eine Überbelastung
von Muskeln jedoch vermieden wird.
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Als körperspezifische Datensätze werden bei
einer besonders bevorzugten Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Körpermasse und
die Körperhöhe, gegebenenfalls
der Sportlichkeitsgrad und/oder auch das Alter vorgegeben. Insbesondere
die als Body-Mass-Index
(BMI) definierte Beziehung zwischen Körpermasse und Körperhöhe kann
als körperspezifischer
Datensatz eingesetzt werden. Die Steuerungseinrichtung ist dann
mit einer entsprechenden Datenbank ausgestattet, in der in Abhängigkeit
von dem Body-Mass-Index und weiteren körperspezifischen Datensätzen, wie
dem Sportlichkeitsgrad oder dem Alter, vorgegebene Bereiche der
Herzschlagfrequenz, Bereiche für
den Lactatspiegel oder den Blutsauerstoff, in Tabellen abgelegt sind.
Sobald über
ein geeignetes Medium, beispielsweise eine Eingabetastatur oder
ein Speichermedium, die körperspezifischen
Datensätze
in die Steuerungseinrichtung eingegeben worden sind, sucht die Steuerungseinrichtung
automatisch die für
die jeweilige Person optimalen Bereiche für die Werte der betreffenden
Körperfunktion
heraus, auf deren Grundlage dann die weitere Regelung des Trainingsgerätes folgt.
In diesen Tabellen können
beispielsweise altersabhängige
maximal zulässige
Grenzwerte für den
Puls, den Lactatspiegel, den Blutzuckerspiegel und ähnliches
abgelegt sein. Letzterer ist insbesondere dann wichtig, wenn eine
an Diabetes leidende Person trainiert, um der Person die Gefahr
einer eventuellen Unterzuckerung beim Training zu signalisieren.
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Des weiteren wird bei einer besonders
bevorzugten Verfahrensvariante vorgeschlagen, die betreffende Körperfunktion
als Verlauf bezogen auf die Zeit zu erfassen und in Abhängigkeit
vom zeitlichen Verlauf der Körperfunktion
das Trainingsverhalten der Person als einen körperspezifischen Datensatz zu
erfassen. So hat sich beispielsweise, wie zuvor bereits erläutert wurde,
gezeigt, dass Hochleistungssportler im Verhältnis zu weniger trainierten
Personen trotz hoher körperlicher
Belastungen verhältnismäßig niedrige
Pulszahlen bei der Herzschlagfrequenz zeigen, so dass beim Erfassen
der Herzschlagfrequenz die eventuell üblicherweise vorgegebenen Grenzwerte
für die
Herzschlagfrequenz ungeeignet wären.
In diesem Fall kann, wenn zuvor entsprechend einem vorgegebenen
Trainingsprogramm, beispielsweise bei einem Spitzensportler, die Herzschlagfrequenz
als Verlauf bezogen auf die Zeit erfaßt worden ist, ein für diese
Person individueller Grenzwert bestimmt werden. In gleicher Weise
ist es möglich,
das Trainingsverhalten einer Person zu erfassen, so dass beispielsweise
ein Trainingsverhalten, das eher körperschädigend wäre, durch Erfassen des zeitlichen
Verlaufes der jeweils betreffenden Körperfunktion bestimmt und die
Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes zur Vermeidung einer eventuell
zu hohen Belastung gezielt reduziert werden kann.
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Ein weitere Aspekt der Erfindung
beruht auf dem Gedanken, eine Vorrichtung anzugeben, mit der unterschiedlichste
Körperfunktionen
auf exakte Weise und ohne großen
Aufwand einer trainierenden Person erfaßt und zur Optimierung des
Körpertrainings
eingesetzt werden können.
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Damit Personen beim Muskeltraining
oder bei der Überprüfung ihrer
Muskelleistung möglichst schonend
an ihre Leistungsgrenzen geführt
werden, werden von den Personen beim Training immer häufiger Vorrichtungen
getragen, mit denen als Körperfunktion
die Herzschlagfrequenz erfaßt
werden kann. Die erfaßte
Herzschlagfrequenz wird dann an eine Auswerteeinheit weitergeleitet,
die aus den Sensorsignalen beispielsweise die aktuelle Pulszahl
des Trainierenden ermittelt und diese an einer Anzeigeeinheit anzeigt.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus
der
DE 42 41 336 A1 oder
der
DE 42 15 549 C2 bekannt.
Bei diesen bekannten Vorrichtungen trägt die trainierende Person
die Sensoreinheit zum Erfassen des Herzpulses mit Hilfe eines Brustgurtes
unmittelbar in der Herzgegend. Die von der Sensoreinheit erfaßte Herzschlagfrequenz
wird über
eine gleichfalls im Brustgurt integrierte Übertragungseinheit an eine
armbanduhrähnliche
Auswerteeinheit durch Funksignale übertragen. Die Auswerteeinheit ermittelt
dann aus den übertragenen
Sensorsignalen die aktuelle Herzschlagfrequenz, welche in einer
Anzeigeeinheit als Zahlenwert angegeben wird.
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Diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen
sind lediglich in der Lage, die Herzschlagfrequenz zu erfassen.
Weitere Körperfunktionen,
wie beispielsweise der Lactatspiegel, der Blutsauerstoff, der Blutzuckerspiegel
oder auch die Körpertemperatur,
können
insbesondere in der Brustgegend, an der die Sensoreinheit durch
den Brustgurt gehalten ist, nicht erfaßt werden. So ist beispielsweise
der Lactatspiegel oder der Blutsauerstoff nur an einer unmittelbar
nahe der Hautoberfläche
angeordneten Arterie auf einfache Weise, d.h. unblutig, zu bestimmten.
Des weiteren reicht die von der Sensoreinheit erfaßte Herzschlagfrequenz
auch nicht für eine
exakte Regelung eines Trainingsgerätes aus, um die Trainingseinrichtung
des Trainingsgerätes, die
Linearkräfte
und/oder Drehmomente erzeugt, gegen welche die Person mit Muskelkraft
trainiert, entsprechend dem tatsächlichen
Trainingszustand der trainierenden Person gezielt anzusteuern.
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Ein wesentlicher Ansatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beruht darauf, Körperfunktionen der
trainierenden Person an einer Stelle zu erfassen, die einerseits
gut zugänglich
ist, während
sie andererseits eine verhältnismäßig exakte
Messung verschiedenster Körperfunktionen,
wie des Lactatspiegels, des Blutsauerstoffs, der Herzschlagfrequenz oder
des Blutzuckerspiegels, zuläßt. Zu diesem Zweck
wird deshalb vorgeschlagen, zumindest eine dieser Körperfunktionen
am Hals der Person, und zwar unmittelbar an oder nahe zumindest
einer der beiden Karotis, also der Halsschlagadern der Person, zu
erfassen. So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass beispielsweise
bei einer Messung der Herzschlagfrequenz im Bereich der Karotis
nicht nur die Herzschlagfrequenz sondern auch der zeitliche Ablauf
des Herzschlages, d.h. die Systole und die Diastole, auf einfache
und sehr exakte Weise bestimmt werden kann. Auch eine für das normale
Training von der Genauigkeit her ausreichende Bestimmung des Lactatspiegels
ist beispielsweise durch Verwendung eines photometrischen Messverfahrens
möglich. Diese
unmittelbar an oder nahe der Karotis erfaßten Körperfunktionen können dann
an eine Auswerteeinheit übertragen
werden, welche basierend auf den Sensorsignalen der Sensoreinheit
Auswertedaten erstellt, die beispielsweise zum Ansteuern des Trainingsgerätes, auf
dem die trainierende Person aktuell trainiert, eingesetzt werden
können.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird deshalb vorgeschlagen, zumindest eine Sensoreinheit und die Übertragungseinheit,
mit der die Sensorsignale an die Auswerteeinheit übertragen
werden, an einem Trägerhalsband
vorzusehen, das die trainierende Person so während des Trainings am Hals
trägt,
dass die Sensoreinheit die zu erfassende Körperfunktion an oder nahe der
Karotis bestimmen kann. Hierdurch ist mit relativ einfach aufgebauten
Sensoreinheiten auf einfache Weise das Erfassen der zu überwachenden
Körperfunktion
möglich,
wobei aufgrund der Messung an der Karotis die die aktuelle Körperfunktion
darstellenden Sensorsignale eine so ausreichend hohe Genauigkeit
besitzen, dass sie für
die Optimierung des Trainingsablaufes eines Trainingsgerätes, an
dem die Person trainiert, eingesetzt werden können. Bei entsprechend technischer
Ausgestaltung ist es sogar möglich,
die Empfindlichkeit der Sensoreinheit so zu erhöhen, dass die erzeugten Sensorsignale
gegebenenfalls auch für
Rehabilitationszwecke oder zur Überprüfung der
Leistungsfähigkeit
der trainierenden Person eingesetzt werden können.
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So wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgeschlagen, dass die Vorrichtung als Körperfunktion den Lactatspiegel
und/oder den Blutsauerstoff und/oder die Herzschlagfrequenz und/oder
den Blutzuckerspiegel und/oder die Körpertemperatur erfaßt. So kann
durch die Bestimmung des Lactatspiegels im Blut unmittelbar auf
den aktuellen Trainingszustand der trainierenden Person rückgeschlossen werden.
Die Konzentration des Lactates, bei dem es sich um ein Stoffwechselabfallprodukt
handelt, welches bei der anaeroben Energiegewinnung aus Glukose
freigesetzt wird und die Muskeln übersäuert, gibt unmittelbar Aufschluß darüber, ob
die trainierende Person noch im aeroben Trainingsbereich trainiert,
oder ob die trainierende Person bereits auf die anaerobe Energiegewinnung
angewiesen ist, bei der Glukose abgebaut wird.
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Der Blutsauerstoff, d.h. die Sauerstoffsättigung
im Blut, gibt an, wie hoch der prozentuale Anteil von Oxyhemoglobin
an der Gesamtkonzentration des Hemoglobins im Blut ist. Hierdurch
kann bestimmt werden, in wie weit die trainierende Person in der
Lage ist, Sauerstoff im Blut zu speichern, was insbesondere für ein Ausdauertraining
von besonderer Wichtigkeit ist. Auch die Bestimmung der Herzschlagfrequenz
ist von großer
Bedeutung, da die Anzahl der Herzschläge einen unmittelbaren Hinweis auf
den Belastungszustand der trainierenden Person gibt. Darüber hinaus
ist es durch das Messen der Herzschlagfrequenz unmittelbar an der
Karotis möglich,
auch den Verlauf der Herzschlagfrequenz, d.h. die Systole und die
Diastole des Herzens, zu bestimmen, wodurch eine sehr genaue Bestimmung
der aktuellen Belastung des Herzens beim Training möglich ist.
Auch die Messung des Blutzukkerspiegels ist von Bedeutung, da erst
bei der anaeroben Energiegewinnung Glukose aufgespalten wird. Des
weiteren kann auch die Körpertemperatur
der trainierenden Person erfaßt
werden, da die Körpertemperatur
einen unmittelbaren Hinweis auf den aktuellen Belastungszustand
der trainierenden Person gibt.
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Zum Erfassen des Lactatspiegels,
der Herzschlagfrequenz oder des Blutsauerstoffes kann eine photometrische
Sensoreinheit eingesetzt werden, bei der Licht mit einem vorbestimmten
Wellenlängenbereich
durch das zu untersuchende Gewebe gelenkt und nach dem Durchdringen
des Gewebes erfaßt wird,
wobei die Änderungen
in den Wellenlängenbereichen
nach dem Durchlaufen des Gewebes unmittelbar die Lactatkonzentration
oder die Sauer stoffsättigung
des Blutes angeben, während
die Schwankungen im Sensorsignal Rückschlüsse auf die Herzschlagfrequenz
zulassen.
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Besonders bevorzugt wird eine photometrische
Sensoreinheit eingesetzt, die mehrere Körperfunktionen gleichzeitig
erfassen kann, so beispielsweise den Lactatspiegel und die Herzschlagfrequenz,
den Blutsauerstoff und die Herzschlagfrequenz oder auch den Lactatspiegel
und den Blutsauerstoff.
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Zum Erfassen des Blutzuckers wird
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Verwendung einer iontophoresischen Sensoreinheit vorgeschlagen,
bei der mit Hilfe zweier Elektroden, die auf die Haut aufgelegt
sind, der Blutzuckerspiegel bestimmt wird, indem eine Spannung an
die Elektroden angelegt wird, wodurch eine Ionenwanderung in der
Haut bewirkt wird. Dabei wandern die positiv geladenen Natriumionen
gemeinsam mit dem Blutzucker zur negativen Elektrode, während negativ
geladene Chlorionen zur positiv geladenen Elektrode wandern. Durch
vorheriges Eichen kann hierdurch der Blutzuckerspiegel bestimmt und
unmittelbar auf den Blutzuckerspiegel der trainierenden Person rückgeschlossen
werden. Durch Umkehrung der Polarität wird der zuvor beschriebene
Vorgang wieder umgekehrt.
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Des weiteren wird vorgeschlagen,
zum Erfassen der Hautoberflächentemperatur
eine Temperatursensoreinheit einzusetzen, die beispielsweise mit
einem Halbleitersensor arbeitet.
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Die Übertragung der Messsignale
kann beispielsweise durch ein Kabel erfolgen, das die Sensorsignale
von der Übertragungseinheit
an die Auswerteeinheit weiterleitet. Besonders bevorzugt ist die Übertragungseinheit
zum Übertragen
und Empfangen elektromagnetischer Wellen ausgelegt, so dass die
Sensorsignale und gegebenenfalls Steuerungssignale in Form von Funksignalen
an die Auswerteeinheit übertragen
bzw. von dieser empfangen werden können. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn die trainierende Person sich während des
Trainings relativ frei bewegen möchte.
Sie muß sich
dann lediglich im Sende- und Empfangsbereich der Auswerteeinheit
aufhalten.
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Insbesondere wenn mehrere Sensoreinheiten
am Trägerhalsband
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen sind, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Übertragungseinheit
eine Steuerung zum Ansteuern der Sensoreinheiten aufweist, die entsprechend
empfangener Steuersignale beispielsweise die Sensoreinheiten unabhängig voneinander
aktiviert oder gegebenenfalls auch abschaltet.
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Bevorzugt ist die Auswerteeinheit
der Vorrichtung an eine Steuerungseinrichtung eines Trainingsgerätes angeschlossen,
so dass die von der Vorrichtung abgegebenen Sensorsignale, die die
erfaßten
Körperfunktionen
anzeigen, von der Auswerteeinheit unmittelbar in die Steuerungseinrichtung des
Trainingsgerätes
eingespeist werden können. Dies
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Sensorsignale auch zum
Ansteuern des Trainingsgerätes
eingesetzt werden.
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Das Trägerhalsband kann als separates
Accessoire ausgebildet sein, das von der trainierenden Person bei
jedem Training angelegt wird. Alternativ ist es auch möglich, das
Trägerhalsband
in ein Kleidungsstück
zu integrieren. Das Trägerhalsband
kann beispielsweise in den Kragen eines T-Shirts oder eines Sweatshirts
eingearbeitet sein, so dass bei der trainierenden Person lediglich
durch Anziehen des Kleidungsstückes
bereits die Vorrichtung zum Erfassen der Körperfunktionen ordnungsgemäß angelegt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen
mehrerer Körperfunktionen,
und
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Trainingsgerätes, das gemeinsam mit der
Vorrichtung nach 1 verwendbar
ist.
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1 zeigt
in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung 10 zum
Erfassen verschiedener Körperfunktionen,
nämlich
zum Erfassen des Lactatspiegels, des Blutsauerstoffs, der Herzschlagfrequenz,
des Blutzuckerspiegels und der Körpertemperatur.
Die Vorrichtung 10 weist ein Trägerhalsband 12 auf,
das aus einem anschmiegsamen, angenehm zu tragenden Material, beispielsweise
einem Stoffmaterial oder einem weichen Kunststoffmaterial, gefertigt ist.
Das Trägerhalsband 12 wird
um den Hals 14 (strichpunktiert dargestellt) der trainierenden
Person gelegt und mit Hilfe eines Verschlusses 16, der
beispielsweise als Klettverschluss ausgebildet ist, in einer für die Person
angenehm zu tragenden Stellung geschlossen.
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Am Trägerhalsband 12 ist
eine Übertragungseinheit 18 gehalten,
die größtenteils
in das Material des Trägerhalsbandes 12 eingebettet
ist. Die Übertragungseinheit 18 steht
mit mehreren Sensoreinheiten 20, 22, 24, 26 und 28 zur
Signalübertragung
in Verbindung. Bei den Sensoreinheiten 20, 22 und 24 handelt
es sich um photometrische Sensoreinheiten, die zu verschiedenen
Zwecken dienen. In Abhängigkeit
von dem jeweiligen Einsatzzweck sind dabei die Sensoreinheiten 20, 22, 24 und 28 in
unmittelbarer Nähe
zu den beiden Hauptschlagadern 30 und 32 (gleichfalls
strichpunktiert dargestellt) angeordnet, wenn das Trägerhalsband 12 der
Vorrichtung 10 ordnungsgemäß angelegt ist.
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Die photometrische erste Sensoreinheit 20 dient
dabei zum Erfassen des Lactatspiegels im Blut, in dem Licht an der
Oberfläche
der Karotis 30 entlang geleitet und anschließend erfaßt wird,
wobei in Abhängigkeit
von den Wellenlängenänderungen,
die das Licht beim Durchlaufen des Randbereiches der Karotis erfährt, der
Lactatspiegel aus dem Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 20 bestimmt
werden kann. Die photometrische zweite Sensoreinheit 22 basiert
auf derselben Funktionsweise und erfaßt die Herzschlagfrequenz,
wobei nicht nur der Pulsschlag sondern der gesamte Verlauf der Herzschlagfrequenz über die
Zeit, d.h. die Systole und die Diastole, miterfaßt wird. Bei der dritten Sensoreinheit 24 handelt
es sich gleichfalls um eine photometrische Sensoreinheit, bei der
mit Licht der Gehalt an Blutsauerstoff im Blut der in 1 rechts dargestellten Karotis 32 erfaßt wird.
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Bei der vierten Sensoreinheit 28 handelt
es sich um eine iontophoresische Sensoreinheit, mit der der Blutzuckerwert
bestimmt werden kann. Die iontophoresische Sensoreinheit 28 ist
hierzu mit einer Anode 34 und einer Kathode 36 ausgestattet.
Durch Anlegen einer geringen Spannung zwischen der Anode 34 und
der Kathode 36, werden die im Gewebe enthaltenen Natriumionen
und Chlorionen zum Wandern zwischen den beiden Elektroden 34 und 36 angeregt, wobei
die positiv geladenen Natriumionen zur negativen Kathode 36 wandern,
wäh rend
die negativ geladenen Chlorionen zur positiv geladenen Anode 34 wandern.
Da die Blutzuckermoleküle
die Eigenschaft haben, gemeinsam mit den Natriumionen mitzuwandern,
gelangen auch diese zur Kathode 36, wodurch die Blutzuckerwerte
unmittelbar bestimmt werden können.
Durch Umkehren der Spannung wird dieser Vorgang rückgängig gemacht.
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Des weiteren ist zwischen den beiden
Paaren von Sensoreinheiten 20 und 22 bzw. 24 und 28 eine
Temperatursensoreinheit 26 angeordnet, die mit Hilfe eines
Halbleitersensors die Oberflächentemperatur
an der Haut der trainierenden Person erfaßt.
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Die von den Sensoreinheiten 20 bis 28 erfaßten Körperfunktionen
werden in Form von Sensorsignalen über nicht dargestellte feine
Leitungen an die Übertragungseinheit 18 geleitet.
Die Übertragungseinheit 18 ist
zum Übertragen
und Empfangen elektromagnetischer Wellen 38 ausgelegt und
steht mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit eines Trainingsgerätes 40 in
Funkverbindung. Der Aufbau des Trainingsgerätes wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die 2 näher erläutert.
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Bei dem Trainingsgerät 40 handelt
es sich um einen so genannten Ellipsentrainer. Das Trainingsgerät 40 hat
ein Gestell 42, an dem eine Trainingseinrichtung 44 vorgesehen
ist. Die Trainingseinrichtung 44 ist mit einer Steuerungseinrichtung 46 verbunden
und wird von dieser so angesteuert, dass die Trainingseinrichtung 44 ein
der Muskelkraft der trainierenden Person entgegenwirkendes Bremsdrehmoment
erzeugt, wie später
noch erläutert
wird.
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Die Trainingseinrichtung 44 weist
eine Schwungscheibe 48 auf, an der zu beiden Seiten exzentrisch
und um 180° im
Drehsinn versetzt beiderseits jeweils ein Pedal 50 mit
seinem einen Ende angelenkt ist. Das andere Ende des Pedals 50 ist
an ein Schwenklager 52 angekoppelt, mit dem das jeweilige Pedal 50 mit
einem am Gestell 42 vorgesehenen, an einem zweiten Drehlager 54 schwenkbar
gelagerten Hebel 56 verbunden ist.
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Zum Training steht die trainierende
Person aufrecht auf den beiden Pedalen 50, bewegt diese
in etwa horizontaler Richtung vor und zurück, während sie gleichzeitig an den
beiden Hebeln 56 zieht bzw. schiebt. Auf diese Weise wird
das Schwungrad 48 in Bewegung ver setzt, welches mit einer
in einem Gehäuse 58 des
Trainingsgerätes 40 angeordneten Bremseinrichtung
gekoppelt ist. Die Bremseinrichtung der Trainingseinrichtung 44 ist
mit der Steuerungseinrichtung 46 verbunden, wobei die Steuerungseinrichtung
entsprechend vorgegebener Trainingsprogramme das von der Bremseinrichtung
erzeugte Bremsdrehmoment, das auf die Schwungscheibe 48 einwirkt,
variiert.
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Die Steuerungseinrichtung 46 ist
bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät 40 zusätzlich mit der
Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ausgestattet, die die von der Übertragungseinheit
ausgesandten elektromagnetischen Wellen 38 erfaßt bzw.
an die Übertragungseinheit 18 entsprechende
Steuersignale in Form elektromagnetischer Wellen überträgt.
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Nach dem Anschalten des Trainingsgerätes 40 werden
von der Steuerungseinrichtung 46 zunächst körperspezifische Datensätze der
trainierenden Person, nämlich
die Körpermasse,
die Körperhöhe, der
Trainingszustand, d.h. der Sportlichkeitsgrad, und das Alter, aus
einem Speichermedium eingelesen oder von der trainierenden Person
in die Steuerungseinrichtung 46 eingegeben. Die individuellen körperspezifischen
Datensätze
werden mit vorgegebenen Referenz-Datensätzen, die in der Steuerungseinrichtung 46 fest
abgespeichert sind, verglichen. In Abhängigkeit von den körperspezifischen
Datensätzen
und dem ausgewählten
Trainingsablauf, den die trainierende Person absolvieren soll, werden
dann aus den Referenz-Datensätzen
maximal zulässige Grenzwerte
für die
Herzschlagfrequenz, den Blutzukkerspiegel, den Lactatspiegel, den
Blutsauerstoff und die Körpertemperatur
ausgewählt.
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Nachdem die trainierende Person das
Trägerhalsband 12 ordnungsgemäß angelegt
hat, wie in 1 gezeigt
ist, wird durch Aktivieren des Trainingsgerätes 40 ein entsprechender
Schaltimpuls von der Auswerteeinheit an die Übertragungseinheit 18 übertragen,
die ihrerseits die Sensoreinheiten 20 bis 28 aktiviert.
In Abhängigkeit
von einem von der Steuerungseinrichtung 46 vorgegebenen
Messzyklus werden dann von den verschiedenen Sensoreinheiten 20 bis 28 die
verschiedenen Körperfunktionen, wie
der Lactatspiegel, der Blutsauerstoff, die Herzschlagfrequenz, der
Blutzuckerspiegel oder auch die Hautoberflächentemperatur, kontinuierlich
(z.B. Herzschlagfrequenz) oder intermittierend (z.B. Blutzuckerspiegel)
erfaßt
und in Form von Sensorsignalen von der Übertragungseinheit 18 an
die Auswerteeinheit übermittelt.
In der Auswerteeinheit werden in Abhängigkeit von den erfaßten Sensorsignalen
Auswertedaten erzeugt, die anschließend mit den vorgegebenen maximal
zulässigen
Grenzwerten in der Steuerungseinrichtung 46 verglichen
werden.
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Wie bereits erläutert wurde, basieren diese vorgegebenen
maximal zulässigen
Grenzwerte auf den vorgegebenen körperspezifischen Datensätzen der
trainierenden Person, die zuvor in die Steuereinrichtung 46 eingegeben
oder eingelesen wurden. Die maximal zulässigen Grenzwerte sind dabei
so bemessen, dass die betreffende Person bei Einhalten dieser Grenzwerte
ein aerobes Muskeltraining vollführt,
um eine maximale Fettverbrennung zu erreichen. Sofern dies gewünscht ist,
können
die Grenzwerte jedoch auch so vorgegeben werden, dass gezielt ein
anaerobes Muskeltraining vollführt
wird.
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Um dies zu erreichen, werden kontinuierlich oder
intermittierend mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 die
zuvor angesprochenen Körperfunktionen
erfaßt
und mit den vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwerten verglichen.
Sobald eine der Körperfunktionen
vom Wert her den ihm zugeordneten maximal zulässigen Grenzwert überschreitet, reduziert
die Steuerungseinrichtung 46 das von der Bremseinrichtung
erzeugte Bremsdrehmoment, so dass die trainierende Person für das Training
weniger Kraft aufwenden muss und damit deren Belastung geringer
ist. Auf diese Weise wird der gesamte Trainingsablauf kontinuierlich überwacht
und das Trainingsgerät
entsprechend einem optimalen Trainingsergebnis an die individuelle
und aktuelle Leistungsfähigkeit
der trainierenden Person angepaßt.
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Nach dem Ende des Trainings können die
in der Steuerungseinrichtung 46 abgespeicherten Grenzwerte,
der Trainingsablauf, die verschiedenen erfaßten Körperfunktionen im Speichermedium
individualisiert auf die Person abgespeichert werden, wobei auch Änderungen
in den körperspezifischen Datensätzen mit
abgespeichert werden können.
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Die körperspezifischen Datensätze können auch
fest vorgegebene Grenzwerte für
bestimmte Körperfunktionen
als Datensätze
mitumfassen, die nicht verändert
werden sollen.