Способ определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле

 

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для больных, перенесших инфаркт миокарда. Положительный результат: индивидуально определяют скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле, а максимальный угол подъема дорожки составляет (4±1)^o, что является (25±2)%-ной потенциальной частью энергозатрат для больных с инфарктом миокарда. Способ позволяет с высокой точностью, индивидуально дозировать мощность нагрузки при ходьбе на тредмиле. 2 табл.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле для больных, перенесших инфаркт миокарда.

Дозированная ходьба на тредмиле является одним из физиологичных способов первичной и вторичной профилактики атеросклероза и восстановительного лечения больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Широкому использованию ее в реабилитации больных препятствует ряд не решенных до конца проблем, главной из которых являются отсутствие адекватных способов дозирования нагрузки и расчета скорости ходьбы, эргометрически эквивалентной показателям физической работоспособности, полученным при велоэргометрии.

Известен способ определения мощности нагрузки при ходьбе, при котором индивидуальный темп определяют с помощью формулы регрессии (Николаева Л.Ф., Аронов Д.М. Реабилитация больных ИБС. - М.: Медицина, 1988.-288 с.): Х=0,042 Н+0,15 ч+65,5, где Х - искомый темп ходьбы (шагов в минуту), Н - максимальная мощность нагрузки, выполненной в течение 3 мин (кгм/мин), ч - ЧСС на высоте нагрузки при ВЭМ (мин).

Однако известный способ недостаточно эффективен, так как не учитывается индивидуальная длина шагов, вследствие чего уменьшается точность дозирования мощности нагрузки.

Как и любая формула регрессии, данная формула верна прежде всего для контингента лиц, при исследовании которых она получена.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату является способ определения мощности нагрузки при ходьбе на пересеченной местности с определенными градусами подъема (М.С. Набиулин, Н.В. Тихонов, А.А. Веряев. - Кардиология. - Москва, 1997. - С. 41-42), при котором индивидуальный темп определяют с помощью формулы пропорциональной зависимости мощности нагрузки при ходьбе с различным уклоном местности и величины кинетической энергии: N = α(1+K×β)m×V²_cp/2, где α - размерный коэффициент, равный 0,980^o, m - масса тела, V_cp - средняя скорость движения, м/с, К - коэффициент пропорциональности между мощностью и углом β),
β - угол наклона местности,
N - мощность нагрузки (Вт).

Однако известный способ не может быть использован для расчета мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле вследствие того, что биомеханика последней отличается от ходьбы на местности прежде всего из-за ослабления силы толчковых движений ног как одного из главных энергозатратных звеньев.

Ходьба на тредмиле отличается и сложной формой взаимоотношений кинетической и потенциальной части энерготрат в зависимости от скорости, вследствие этого, невозможностью успешного растворения последней в кинетической части. Это было возможно в прототипе, где потенциальная часть прирастала пропорционально кинетической.

Положительным результатом предлагаемого изобретения является повышение точности дозирования мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле с учетом скорости и угла подъема.

Положительный результат достигается тем, что индивидуально определяют скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле: N₀=(V-0,94)/0,056, причем максимальный угол подъема дорожки - (4±1)%, что составляет (25±2)%-ной потенциальной части энерготрат.

Для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле была набрана группа здоровых лиц мужского пола (22) в возрасте от 23 до 29 лет (средний возраст 25,6±3,4 лет).

Все испытуемые выполняли нагрузку ходьбой на тредмиле со ступенеобразно возрастающей скоростью 3,3-4,7-5,8-6,7 км/ч, причем каждая ступень тестировалась при различных углах подъема бегущей дорожки (0-2-4-6-8^o). На каждой ступени нагрузки регистрировались ЭКГ, ЧСС, Адс, Адд, общие энерготраты в метаболических единицах (мет), подсчитывалась частота шага, рассчитывалась длина, отношение Ч_ш/Д_ш и отношение периодов сокращения сердца и скелетной мускулатуры (Т_с/Т_ш), как показатель синхронизации их.

В основу анализа полученного материала была положена зависимость величины приращения сердечных сокращений (ΔЧСС) от мощности выполняемой нагрузки и связь последней с характеристиками движения - скорость (V), углом подъема дорожки (α).
В результате проверки различных гипотез относительно связи ЧСС с кинематическими и динамическими параметрами движения на тредмиле оказалось, что наиболее приемлемой является следующая функциональная зависимость:
ΔЧСС=f(V)=а+в•V (1), где
ΔЧСС - величина приращения частоты сердечных сокращений;
"а" и "в" - некоторые коэффициенты, зависящие от угла наклона тредмила к плоскости горизонта, при этом коэффициент "а" описывает потенциальную часть энерготрат, а "в" - кинетическую;
V - скорость дорожки, км/ч;
f - функционал от V.

Приведенная зависимость (1) является статистической, параметры (ΔЧСС, V), входящие в нее и принадлежащие к каждому из тестируемых пациентов, удовлетворяют ему приближенно, поэтому поиск коэффициентов "а" и "в" возможен путем минимизации суммы квадратов отклонений в равенстве (1) по всем пациентам. Таким образом, используется стандартный метод математической статистики - метод наименьших квадратов

где i - номер пациента;
F - функционал от а и b;
∑ - знак суммы.

Функционал F (а, b) в соответствии с методом минимизировался для каждого фиксированного угла наклона тредмиле (0^o, 2^o, 4^o, 6^o, 8^o). В результате мы получили, что углу 0^o соответствуют коэффициенты а₀=-7,88; b₀=6,06; углу 2⁰ - а₂=-10,96; b₂=6,99; углу 4⁰ - а₄=-11,81; b₄=8,52; углу 6⁰ - а₆=-10,22; b₆= 9,86; углу 8⁰ - а₈=-8,61; b₈=11,06.

Данные приведены для тех случаев, когда скорость измеряется в км/ч, а ΔЧСС в уд/мин.

Если на координатных плоскостях (α, а) и (α, b) отметить полученные значения, то нетрудно увидеть, что коэффициент "b" зависит линейно от угла α, а коэффициент "а" нелинейно.

С помощью того же метода можно получить зависимости "а" (α) и "b" (α). В рамках одинаковой точности вычислений получены следующие их значения:
a(α) = -(0,127-0,028α+0,0053α²-0,00025α³)^-1;
b(α) = 5,92+0,64α.
В результате математической обработки предложена формула для определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле:

где N - мощность нагрузки (Вт);
α - угол подъема тредмила;
V - скорость дорожки (км/ч).

Для упрощения расчета рекомендуется использование формулы для подъема дорожки, равного 0^o:
N₀=(V-0,94)/0,056, где
N - мощность нагрузки, Вт;
V - скорость дорожки, км/ч;
0,94 и 0,056 - коэффициенты для 0^o подъема дорожки.

При изменении угла подъема и скорости дорожки тредмила, искомая мощность составляет следующие величины (таблица 1):
Валидность формулы проверялась путем введения в нее произвольно взятой мощности нагрузки (60 и 120 Вт) и расчета скорости ходьбы для исследованных углов подъема. Производилось сопоставление ЧСС при различных углах подъема с этим же показателем при ходьбе с нулевым подъемом дорожки. Полученные данные приведены в таблице 2. Изменения ЧСС при ходьбе на тредмиле со стандартной мощностью нагрузки с меняющимися скоростью и углами подъема.

При заданной мощности нагрузки в 60 Вт, что соответствовало при 0^o 4,3 км/ч, ЧСС составила (118,5±4,7) уд/мин, а при увеличении угла наклона до 8^o и уменьшении скорости в 1,8 раза ЧСС осталась практически прежней ((112,8±3,7) уд/мин) (Р>0,05).

При мощности нагрузки в 120 Вт скорость ходьбы при 0^o равнялась 7,6 км/ч и при увеличении степени уклона до 8^o уменьшилась до 4,2 км/час; ЧСС осталась прежней (131,4±4,8 и 130,4±5,1 уд/мин соответственно) (Р>0,05).

Все это свидетельствует о том, что разработанная формула валидна и позволяет с достаточной точностью вычислить по заданной мощности скорость ходьбы с различными градусами уклона, а по скорости - физическую работоспособность. Это особенно важно для больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, у которых имеет место снижение сократительной способности миокарда, а физическая работоспособность ограничена и имеет конкретную величину - толерантность к физической нагрузке (ТФН).

Заявленный способ апробирован на поликлиническом этапе реабилитации на 46 больных в процессе физических тренировок ходьбой на тредмиле. Тренирующий уровень нагрузки обеспечивается скоростью ходьбы на тредмиле, которая соответствует 50% от пороговой мощности, определенной при ВЭМ. Пороговой считается та ступень нагрузки, при которой проявляются объективные критерии прекращения теста (смещение ST вниз или вверх от изолинии не менее чем на 1 мм, частая желудочковая экстрасистолия, снижение систолического АД, подъем АД до 230 мм рт. ст., приступ стенокардии, удушье и др.).

С целью адекватного использования морфо-функциональных особенностей пациента, перенесшего инфаркт миокарда, в процессе реабилитации предложено, что максимальный подъем дорожки составляет 4±1^o.

Способ осуществляют следующим образом:
1. Проводят велоэргометрию для установления пороговой мощности нагрузки.

2. Определяют оптимальную мощность тренирующей нагрузки на тредмиле, рассчитанной исходя из 50% от пороговой мощности нагрузки, установленной при ВЭМ.

3. Определяют индивидуальную скорость тренирующей ходьбы для 0^o подъема дорожки по формуле:
N₀=(V-0,94)/0,056.

С последующим уменьшением ее за счет угла подъема (оптимальный для больных, перенесших инфаркт миокарда (4±1)^o). Это составляет в среднем 25±2% от общей мощности нагрузки.

4. Проводят пробу на тредмиле с рассчитанной скоростью, с контролем за субъективным самочувствием, регистрацией ЧСС и АД, подсчет частоты шага в 1 мин.

5. При адекватной реакции больного на нагрузку проводят тренировки в данном режиме.

Уровень нагрузки при тренировках ходьбой на тредмиле до 50% от пороговой рекомендуется вследствие его хорошей переносимости всеми больными, независимо от ТФН, наблюдаемого в физиологических пределах темпа, а также эффективности велоэргометрических тренировок, дозированных таким образом.

Продолжительность тренировок ходьбой на тредмиле составляет 30 мин в день, максимальный угол подъема дорожки - 4^o.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Больной О. , 60 лет, М - 92 кг. Диагноз: ИБС, крупноочаговый передний инфаркт миокарда от 26.11.98 г. H₀. Поступил из санатория на поликлинический этап реабилитации на 45 день от возникновения инфаркта миокарда. Принимает нитраты, β-адреноблокаторы.

На второй день проведена ВЭМ. Пороговая мощность составила 120 Вт. Максимальная ступень нагрузки, выполненная в течение 3 мин - 90 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 119,6 в 1 мин. Нагрузка, составляющая 50% от пороговой, равна 120 Вт •50%: 100%=60.

Скорость ходьбы для 0^o подъема дорожки при расчете по формуле составила 60•0,056+0,94= 4,3 км/ч. 25% данной скорости составляет потенциальная часть энерготрат (угол подъема дорожки). Следовательно, тренирующая скорость равна 3,2 км/ч.

Тренировки проводились в течение 23 дней. Продолжительность тренировок составляла 30 мин 5 дней в неделю. Переносимость нагрузок удовлетворительная, больной отмечал комфортность двигательного режима. Через месяц проведена повторная ВЭМ. Пороговая мощность 150 Вт. Максимальная ступень нагрузки, выполненная в течение 3 мин - 120 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 120 в 1 мин.

Пример 2.

Больной А., 58 лет, М - 77 кг. Диагноз: ИБС, крупноочаговый задне-боковой ИМ от 18.10.98 г. H_I. Поступил в поликлиническое отделение АККД на 44 день от начала ИМ.

Принимает нитраты, β-адреноблокаторы и антагонисты Са. ВЭМ проведена на 3-й день. Пороговая мощность 90 Вт. Максимальная выполненная ступень нагрузки 60 Вт. ЧСС на высоте нагрузки 141 в 1 мин. 50% ПМ = 45 Вт.

Скорость ходьбы для 0^o подъема дорожки при расчете по формуле составила 45•0,056+0,94= 3,4 км/ч. 25% данной скорости составляет потенциальная часть энерготрат (угол подъема дорожки). Следовательно, тренирующая скорость равна 2,5 км/ч.

После тренировок в течение 24 дней продолжительностью 30 минут проведена повторная ВЭМ. Пороговая мощность 120 Вт. Максимально выполненная ступень нагрузки 90 Вт. Пороговая ЧСС 144 в 1 мин.

Использование предлагаемого способа реабилитации позволило увеличить максимально выполненную мощность нагрузки при ВЭМ у 46 больных, перенесших ИМ, за период тренировок на 15%. Позволяет адекватно дозировать мощность нагрузки, скорость ходьбы на тредмиле, эргометрически эквивалентно показателям физической работы, полученным при ВЭМ.

Формула изобретения

Способ определения мощности нагрузки при ходьбе на тредмиле путем определения тренирующего уровня нагрузки N₀, соответствующего 50% от пороговой мощности нагрузки, измеренной при велоэргометрии, отличающийся тем, что определяют индивидуальную скорость тренирующей ходьбы при 0^o подъема дорожки по формуле
V= 0,94+ N₀•0,056,
где V - скорость движения дорожки тредмила, км/ч;
N₀ - тренирующий уровень нагрузки на велоэргометре, Вт;
0,94 и 0,056 - размерные коэффициенты до 0^o подъема дорожки,
причем оптимальным углом подъема дорожки является угол (4±1)^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1