RU2527848C1 - Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека - Google Patents
Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527848C1 RU2527848C1 RU2013141947/14A RU2013141947A RU2527848C1 RU 2527848 C1 RU2527848 C1 RU 2527848C1 RU 2013141947/14 A RU2013141947/14 A RU 2013141947/14A RU 2013141947 A RU2013141947 A RU 2013141947A RU 2527848 C1 RU2527848 C1 RU 2527848C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- kerdo
- index
- anaerobic threshold
- oxygen consumption
- individual
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины, а именно к спортивной, подводной и авиакосмической физиологии. Предварительно строят модель зависимости индекса Кердо и соответствующего ему потребления кислорода при разных уровнях физической нагрузки. Впоследствии количество потребления кислорода человеком на уровне аэробно-анаэробного перехода определяют на основании измеренного индекса Кердо, значения мощности нагрузки, количества выдыхаемого диоксида углерода и данных, полученных на этапе построения модели. Способ позволяет определить анаэробный порог физической работоспособности человека на основании измерения дозированной велоэргометрической нагрузки, индекса Кердо и капнометрии. 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области математической биологии, а именно к спортивной, подводной и авиакосмической физиологии. Предлагаемая методика может быть использована как в спортивных и оздоровительных целях (например, при подготовке спортсменов), так и в целях подготовки и контроля персонала (экипажа), длительное время изолированно пребывающего по роду практической деятельности в условиях подводных и авиакосмических исследований, а также связанных с деятельностью человека, находящегося в экстремальных условиях.
Знание анаэробного порога (АП) человека является одним из важных инструментов оценки физической работоспособности [Попов Д.В., Виноградова О.Л., Григорьев А.И. Аэробная работоспособность человека. М.: Наука, 2012; Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. М.: Медицина. 1979. с.54; Респираторная медицина: в 2 т. / под ред. А.Г. Чучалина. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2007. T.1. с.394; Wasserman K., Hansen J.E., Sue D.Y., Stringer W.W., Whipp B.J., Casaburi R. Principles of exercise testing and interpretation. 2 ed. Lea&Febiger. 1994. Р.27], а также исследования жизнедеятельности экипажей гермообъектов [Олизаров В.В. Системы обеспечения жизнедеятельности экипажей летательных аппаратов. Под ред. В.А. Боднера. М.: Издание ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1962. С.10]. Колебания изменений работоспособности во время длительной изоляции в гермообъекте зависят от режима сна-бодрствования, режима физических тренировок, а также внутренних физиологических ритмов вегетативной нервной системы (суточных, синодических, сезонных) испытателя.
Известны разные респираторные и биохимические методы оценки АП работоспособности [Wasserman K., Hansen J.E., Sue D.Y., Stringer W.W., Sietsema K., Sun X.G., Whipp B.J. Principles of exercise testing and interpretation: including pathophysiology and clinical applications. 5 ed. Lippincott Wiliams&Wilkins. 2012 - прототип]. Однако применение известных методов подразумевает либо частое взятие крови для определения в ней лактата, либо обязательное наличие оксиметрической газоаналитической аппаратуры, калибровочного оборудования к ней, замену комплектующих, например кислородных полярографических датчиков, имеющих ограниченный срок службы. В свою очередь, калибровочное оборудование включает наличие сосудов под высоким давлением, использование которых согласно содержанию требований норм к безопасности может быть недопустимо в условиях барокамер и других гермообъектов, включая космические летательные аппараты (КЛА). Кроме того, даже простая транспортировка баллонов с калибровочными газами под высоким давлением в труднодоступные места, например, в околоземное пространство, сопряжена с высоким риском и является дорогостоящей.
Изобретенный нами метод определения анаэробного порога (вентиляторного порога 1) человека полностью исключает необходимость в транспортировке оксиметрического оборудования в космос и другие труднодоступные места и обходится использованием капнометрической аппаратуры и данных мониторинга, доступных из медконтроля показателей гемодинамики (ЧСС и АД). Высокая временная стабильность характеристик современных инфракрасных капнометрических датчиков исключает необходимость частой калибровки эталонными газами в эксплуатации [Зислин Б.Д., Чистяков А.В. Мониторинг дыхания и гемодинамики при критических состояниях. Екатеринбург: Сократ. 2006. С.115; Шурыгин И.А. Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия, капнография, оксиметрия. СПб.: Невский Диалект; М.: Издательство БИНОМ, 2000. С.102].
Известно также, что косвенные результаты измерений могут быть не менее точными, чем результаты прямых измерений. Такой подход в естествознании известен и описан [Бурмистров Г.А. Основы способа наименьших квадратов. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр. 1963. С.119-208; Агекян Т.А. Теория вероятностей для астрономов и физиков. Учебное пособие. М.: Наука. 1974. С.197; Мазмишвили А.И. Способ наименьших квадратов. М.: Недра. 1968. С.180-231], применяется в физиологии [Elwyn D.H., Askanazi J., Kinney J.M., Bursztein S. Energy Metabolism, Indirect Calorimetry, and Nutrition. Williams&Wilkins. 1989. 266 p.].
Поэтому, одним из перспективных направлений является изучение взаимосвязи физиологических параметров оптимального функционирования членов экипажей пилотируемых объектов [Шибанов Г.П. Обитаемость космоса и безопасность пребывания в нем человека. М.: Машиностроение. 2007. 544 с.; Ханин М.А., Дорфман Н.Л., Бухаров И.Б. и др. Экстремальные принципы в биологии и физиологии. М.: Наука. 1978. 256 с].
Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового способа адекватной оценки анаэробного порога работоспособности без применения дорогостоящей оксиметрической газоаналитической аппаратуры на основании измерения физиологической характеристики вегетативной нервной системы [Кердо И. Индекс, вычисляемый на основе параметров кровообращения для оценки вегетативного тонуса. // Спортивна медицина (Украина). 2009. №1-2. С.33-43] и капнометрии при дозированной физической работе.
Достигаемым техническим результатом является определение анаэробного порога, отражающего состояние физической работоспособности человека на основании измерения мощности нагрузки, дозированной велоэргометром, индекса Кердо и минутного выделения диоксида углерода.
Способ осуществляется следующим образом.
1. Строят модель связи вегетативного индекса Кердо и количества потребления кислорода (в литрах в минуту).
Для чего выполняют измерение индекса Кердо и соответствующего ему потребления кислорода при разных уровнях физической нагрузки: 0, 60, 75, 90 Вт и т.д. вплоть до субмаксимального потребления кислорода.
В качестве модели зависимости нами найдена зависимость:
где z - детерминированное, то есть заведомо задаваемое на измерительном устройстве (например, велоэргометре) значение мощности нагрузки, x - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин), a 1, a 2, a 0 - коэффициенты, значения которых находятся для конкретного испытуемого в лабораторных условиях методом наименьших квадратов.
Пример 1. Для испытателя К. уравнение связи в виде линейной функции двух переменных имеет вид:
На фиг.1 представлена трехмерная графическая интерпретация модели (1.2) для испытателя К. Видна наиболее удобная для восприятия точка обзора. По оси абсцисс и ординат соответственно - индекс Кердо и потребление кислорода. По оси аппликат - нагрузка (Вт). Значения коэффициентов a 1=23.06, a 2=82.7, a 0=-28.2 найдены методом наименьших квадратов.
Модель (1.2) является индивидуальной характеристикой организма испытателя К. Для других испытателей с помощью лабораторных экспериментов с использованием метода наименьших квадратов нужно найти их индивидуальные значения характеристик a 1, a 2, a 0.
2. Зная индивидуальную модель испытателя, в случаях, в которых оксиметрическое определение анаэробного порога невозможно или связано со значительными материальными затратами, анаэробный порог работоспособности достигается при выполнении равенства:
где значения коэффициентов a 1, a 2, a 0 определены на этапе построения модели (см. п.1), k - минутный объем выдыхаемого диоксида углерода (л/мин), измеряемый на каждой ступени нагрузки z; x - соответствующее значение индекса Кердо. На каждой ступени вычисляется правая часть выражения (1.3) и сравнивается с измеряемым численным значением k.
В случае анаэробный порог работоспособности преодолен, то есть уже включились анаэробные механизмы и работа выполняется при аэробно-анаэробном энергообеспечении.
В случае выполнения равенства (1.3) значение k численно совпадает с минутным объемом потребления кислорода испытуемого на уровне аэробно-анаэробного перехода.
Метод расчета значения АП применим как в случае максимальных, так и в случае субмаксимальных нагрузочных тестов.
С помощью многомерного критерия Фишера-Снедекора нами в 2011-2012 гг. выполнена проверка адекватности метода на 36 практически здоровых испытуемых в ходе фоновых исследований экспериментов ГНЦ Института медико-биологических проблем РАН «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11», «Аргон-12» и «Климат», одобренных Биоэтической комиссией института.
В результате проверки установлено, что вероятность ошибки метода близка к нулю (≈10-21). Нами установлено, что среди испытателей экспериментов наибольшее зарегистрированное значение анаэробного порога составило 4 л/мин.
В результате численной апробации моделей в экспериментах «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11», «Аргон-12», «Климат» установлено, что разработанная методика является достаточно точной для решения задач оценки физической работоспособности с целью прогнозирования мощности работы, которую сможет выполнить впоследствии космонавт.
Пример 2. Из измерений на велоэргометре во время ступенчато возрастающей нагрузки известно, что у испытателя эксперимента «Гелий-11» К. при значении нагрузки 180 Вт значение индекса Кердо составило +0.36, выделение диоксида углерода при этом составило 2.1 л/мин, а при значении нагрузки 315 Вт значение индекса Кердо составило +0.52, выделение диоксида углерода составило 3.9 л/мин.
анаэробный порог достигается, иначе говоря, вентиляторный порог 1 достигнут испытателем К. при нагрузке 315 Вт на уровне потребления кислорода 4 л/мин.
Вместе с тем известно, что в результате прямых оксиметрических измерений данный испытатель при нагрузке 180 Вт и индексе Кердо +0.36 потреблял кислорода 2.40 л/мин, а при нагрузке 315 Вт потреблял кислорода 4.08 л/мин. То есть, предсказанное с помощью модели значение 4.0 л/мин, найденное уже без выполнения измерений оксиметрической газоаналитической аппаратурой количества потребляемого кислорода на уровне анаэробного порога, не отличается от зарегистрированного инструментально результата значения 4.08, найденного с применением оксиметрической аппаратуры.
Вывод. Зная модель (1.1) с найденными методом наименьших квадратов значениями коэффициентов a 1, a 2, a 0 для данного испытателя, определение анаэробного порога с помощью измерения потребления кислорода можно не выполнять, а предсказать заранее достаточно точно по индексу Кердо и результатам капнометрии. Этим методом можно воспользоваться, например, на борту КЛА, где оксиметрическое определение анаэробного порога работоспособности сопряжено с определенными техническими и экономическими трудностями. Кроме того, на борту КЛА всегда имеется штатная капнометрическая аппаратура, предназначенная для мониторирования атмосферы гермообъекта, которая потенциально может быть использована для целей респираторной капнометрии.
Наш способ позволит индивидуально косвенно оценивать работоспособность испытателей (в том числе на борту МКС) без применения оксиметрической газоаналитической аппаратуры, но с применением капнометрической аппаратуры при измерении стандартных при медицинском контроле показателей гемодинамики.
Claims (1)
- Способ определения анаэробного порога физической работоспособности человека при дозированной физической работе, заключающийся в том, что предварительно измеряют индекс Кердо и соответствующее ему потребление кислорода при разных уровнях физической нагрузки, на основании модели связи вегетативного индекса Кердо и количества потребления кислорода, в литрах в минуту: z=a1·x+a2·y+a0, где z - задаваемое на измерительном устройстве значение мощности нагрузки, x - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода, л/мин, определяют значения коэффициентов: a1, a2, a0; впоследствии без определения количества потребления кислорода человеком определяют для очередной ступени мощности возрастающей нагрузки анаэробный порог физической работоспособности на основании выполнения равенства
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141947/14A RU2527848C1 (ru) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141947/14A RU2527848C1 (ru) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2527848C1 true RU2527848C1 (ru) | 2014-09-10 |
Family
ID=51540143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141947/14A RU2527848C1 (ru) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2527848C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611915C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Способ определения момента аэробно-анаэробного перехода по зависимости содержания дезоксигенированной формы гемоглобина в мышце от ее электромиографической активности во время теста с линейно возрастающей мощностью нагрузки |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2368297C1 (ru) * | 2008-02-27 | 2009-09-27 | Сергей Леонидович Устьянцев | Способ выявления и применения свойства организма человека расщеплять энергозатраты на мышечный и нервно-эмоциональный компоненты при труде |
RU2461353C1 (ru) * | 2011-09-06 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Государственный Научный Центр РФ Институт медико-биологических проблем РАН | Способ определения уровня физиологического восстановления организма человека |
RU2462180C1 (ru) * | 2011-09-08 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Государственный Научный Центр РФ Институт медико-биологических проблем РАН | Способ подбора индивидуального режима физиологического восстановления организма человека |
-
2013
- 2013-09-13 RU RU2013141947/14A patent/RU2527848C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2368297C1 (ru) * | 2008-02-27 | 2009-09-27 | Сергей Леонидович Устьянцев | Способ выявления и применения свойства организма человека расщеплять энергозатраты на мышечный и нервно-эмоциональный компоненты при труде |
RU2461353C1 (ru) * | 2011-09-06 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Государственный Научный Центр РФ Институт медико-биологических проблем РАН | Способ определения уровня физиологического восстановления организма человека |
RU2462180C1 (ru) * | 2011-09-08 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Государственный Научный Центр РФ Институт медико-биологических проблем РАН | Способ подбора индивидуального режима физиологического восстановления организма человека |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Кердо И., Индекс, вычисляемый на основе параметров кровообращения для оценки вегетативного тонуса // Спортивна медицина (Украина). 2009. N1-2. с.33-43 (реферат) . * |
УСТЬЯНЦЕВ С.Л. Физиолого-гигиенические основы оценки индивидуального профессионального риска при физическом труде. Дисс. д.м.н. М.: 2001, с.125-131 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611915C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Способ определения момента аэробно-анаэробного перехода по зависимости содержания дезоксигенированной формы гемоглобина в мышце от ее электромиографической активности во время теста с линейно возрастающей мощностью нагрузки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cooper et al. | The repeatability and criterion related validity of the 20 m multistage fitness test as a predictor of maximal oxygen uptake in active young men | |
Reynolds et al. | How well is psychometric g indexed by global composites? Evidence from three popular intelligence tests. | |
US6544172B2 (en) | Methods for evaluating individuals capacity and establishment of requirements for a job | |
Blagrove et al. | Test–retest reliability of physiological parameters in elite junior distance runners following allometric scaling | |
Faghy et al. | Effects of load mass carried in a backpack upon respiratory muscle fatigue | |
Coffman et al. | The blood transfer conductance for nitric oxide: Infinite vs. finite θNO | |
RU2527848C1 (ru) | Способ непрямого капнометрического определения анаэробного порога физической работоспособности человека | |
Aandstad | Estimation of maximal oxygen uptake from the 3,000 m run in adult men and women | |
Billings et al. | The prediction of in-flight hypoxaemia using non-linear equations | |
Díaz et al. | Validation of a new portable metabolic system during an incremental running test | |
Goran | Validity of 2-mile run test for determination of VO2max among soldiers | |
RU2527845C1 (ru) | Способ капнометрического определения уровня энерготрат покоя у человека (варианты) | |
US20140073931A1 (en) | System and method for determining a measure of the resistance of peripheral vasculature | |
RU2655186C2 (ru) | Способ контроля функционального состояния человека в экстремальных условиях деятельности | |
RU2514885C1 (ru) | Способ непрямой оценки потребления кислорода человеком | |
FUJITA et al. | Development of simplified appraisal method of fatigue on sitting for extended periods by the data of finger plethysmogram | |
Pescaru et al. | Physical activity and respiratory muscle strength in patients with sarcoidosis: An observational study | |
Pramukty et al. | The Influence of Workload and Work Discipline on Employee Performance in Companies in Bekasi City | |
Yuanyuan et al. | Impact of hypoxia on heart rate variability based on sample entropy | |
Baevsky et al. | Issues of health evaluation during simulated space mission to Mars | |
RU156151U1 (ru) | Устройство для определения физической работоспособности и резервов здоровья человека | |
Sun et al. | Experimental research on human metabolism in hot environment | |
Lee et al. | Study on environmental parameters and wearing electrocardiogram | |
Wright Beatty et al. | Preservation of cognitive performance with age during exertional heat stress under low and high air velocity | |
CN111308020B (zh) | 一种二氧化碳浓度对人体效能影响研究试验系统及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180914 |