Способ непрямой оценки потребления кислорода человеком



Способ непрямой оценки потребления кислорода человеком

 


Владельцы патента RU 2514885:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к медицине, а именно к спортивной, подводной и авиакосмической физиологии, и может быть использовано при определении количества потребления кислорода человеком при физических нагрузках. Для этого 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=а 1·х+a 2·y+a 0, где z - задаваемое на измерительном устройстве значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин); определяют значения коэффициентов a 1, а 2, a 0. Количество потребления кислорода человеком определяют на основании измеренного индекса Кердо и значения мощности нагрузки по формуле y = z a 0 a 1 x a 2 , где a 1, a 2, a 0 - коэффициенты, значения которых предварительно определены. Способ позволяет адекватно оценить количество потребленного кислорода человеком при физической нагрузке без использования газоаналитической аппаратуры. 1 ил., 2 пр.

 

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 количества потребляемого человеком кислорода при разных видах деятельности является одним из важных инструментов 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.13] и оценки их работоспособности [Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. М.: Медицина. 1979. с.54]. Колебания изменений потребления кислорода на протяжении суток зависит от чередования разных нагрузок на человека, в том числе связанных с постуральными изменениями.

Известны разные инструментальные методы оценки потребления кислорода на уровне всего организма [Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта, Г.Тевса. В 3-х томах. Т.3, М.: Мир. 2010. с.660 - прототип]. Однако применение известных методов подразумевает обязательное наличие газоаналитической аппаратуры, калибровочного оборудования к ней, замену комплектующих, например датчиков, имеющих ограниченный срок хранения. 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 околоземное пространство, сопряжена с высоким риском и является дорогостоящей.

Изобретенный нами метод определения потребления кислорода человеком полностью исключает необходимость в транспортировке описанного выше оборудования в космос и другие труднодоступные места.

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].

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 количества потребляемого кислорода человеком без применения дорогостоящей газоаналитической аппаратуры на основании измерения физиологической характеристики вегетативной нервной системы и дозированной нагрузки на организм.

Достигаемым техническим результатом является определение количества потребленного кислорода человеком на основании измерения дозированной нагрузки на велоэргометре и индекса Кердо.

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 максимального потребления кислорода.

В качестве модели зависимости нами найдена зависимость:

z = a 1 x + a 2 y + a 0 ( 1.1 )

где z - детерминированное, то есть заведомо задаваемое на измерительном устройстве (например, велоэргометре), значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин), a1, a2, a0 - линейные 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:

z = 23.06 x + 82.7 y 28.2 ( 1.2 )

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 a1=23.06, a2=82.7, a0=-28.2 найдены методом наименьших квадратов.

Модель (1.2) является индивидуальной характеристикой организма испытателя К. Для других испытателей с помощью лабораторных экспериментов использован метод наименьших квадратов, нужно найти их индивидуальные значения характеристик a1, a2, a0.

2. Зная индивидуальную модель испытателя, и в других случаях, в которых измерение потребления кислорода невозможно или связано со значительными материальными затратами, потребление кислорода определяют по формуле (где значения коэффициентов a1, а2, а0 определены на этапе построения модели, см. п.1):

y = z a 0 a 1 x a 2 . ( 1.3 )

Общий объем потребляемого кислорода испытателем вычисляется как

Q y = a b c k z a 0 a 1 x a 2 d x d y , ( 1.4 )

где a, b - зарегистрированные границы значений индекса Кердо, c, k - границы значений мощности нагрузки.

Метод расчета применим, в том числе, для состояния относительного покоя, в котором нагрузка считается равной нулю.

С помощью многомерного критерия Фишера-Снедекора нами в 2011-2012 гг. выполнена проверка адекватности метода на 30 практически здоровых испытуемых в ходе фоновых исследований экспериментов ГНЦ Института медико-биологических проблем РАН «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11» и «Аргон-12», одобренных Биоэтической комиссией института.

В результате проверки установлено, что вероятность ошибки метода близка к нулю (≈10-21). Нами установлено, что среди испытателей экспериментов максимальное зарегистрированное потребление кислорода было 4.7 л/мин. У спортсменов экстра-класса этот показатель может достигать 6 л/мин.

В результате численной апробации моделей в экспериментах «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11» и «Аргон-12» установлено, что разработанная методика является достаточно точной для решения задач жизнеобеспечения экипажей КЛА.

Пример 2. Из измерений на велоэргометре известно, что у испытателя эксперимента «Гелий-11» К при значении нагрузки 210 Вт значение индекса Кердо составило +0.41.

Определяем: y = 210 + 28.2 23.06 0.41 82.7 = 2.76  л/мин - соответствующее потребление кислорода.

Вместе с тем известно, что в результате измерений данный испытатель при нагрузке 210 Вт и индексе Кердо +0.41 потреблял кислорода 2.92 л/мин. То есть, предсказанный с помощью модели результат, найденный без выполнения измерений газоаналитической аппаратурой количества потребляемого кислорода, 2.76 л/мин, незначительно отличается от зарегистрированного инструментально результата 2.92 л/мин.

Вывод. Зная модель (1.1) с найденными методом наименьших квадратов значениями коэффициентов a1, а2, а0 для данного испытателя, измерения потребляемого им кислорода можно не выполнять, а предсказать заранее достаточно точно. Этим методом можно воспользоваться, например, на борту КЛА, где длительное измерение потребляемого кислорода сопряжено со значительными техническими и экономическими трудностями. Наш же способ позволит, в том числе, индивидуально косвенно мониторировать потребление кислорода на борту МКС без применения газоаналитической аппаратуры.

Способ определения количества потребления кислорода человеком при физических нагрузках, 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=а 1·х+a 2·y+a 0, где z - задаваемое на измерительном устройстве значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин); определяют значения коэффициентов a 1, а 2, a 0; впоследствии количество потребления кислорода человеком определяют на основании измеренного индекса Кердо и значения мощности нагрузки по формуле , где a 1, a 2, a 0 - коэффициенты, значения которых предварительно определены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике. Медицинское детекторное устройство для обнаружения нарушений дыхания во сне имеет лейкопластырь для закрепления детекторного устройства на теле человека, микрофон для регистрации дыхательных шумов и логические средства для анализа дыхательных шумов.

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, и может быть использовано для оценки состояния легочного сурфактанта. Для этого собирают компоненты легочного сурфактанта путем барботации выдыхаемого воздуха через слой изотонического физиологического раствора, расположенного в стеклянной бюретке и лотке барьерной системы Ленгмюра.

Изобретение относится к медицине, а именно к интенсивной терапии (ИТ), и может быть использовано при лечении пациентов, находящихся на длительной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) при синдроме острого легочного повреждения.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство прогнозирования респираторной стабильности пациента включает в себя запоминающее устройство данных пациента, которое хранит данные пациента, и анализатор, связанный с запоминающим устройством, рассчитывает показатель респираторной стабильности пациента.
Изобретение относится к медицины, а именно к пульмонологии, и может быть использовано для прогнозирования риска формирования холодовой гиперреактивности дыхательных путей (ХГДП) среди больных с бронхиальной астмой.

Изобретение относится к медицине, а именно к анестезиологии и интенсивной терапии, и может быть использовано при необходимости оценки степени метаболической и кардиореспираторной адаптации пациента.

Изобретение относится к ветеринарии и медицинской технике, а именно к устройствам устранения дисфункции дыхательных путей лошади. .

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, и может быть использовано для прогнозирования течения среднетяжелой хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).
Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и общей врачебной практике. Определяют пороги вкусовой чувствительности языка.

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии и профессиональной патологии. Проводят реоэнцефалографию (РЭГ) с определением индекса реактивности церебральных сосудов при гиперкапнической пробе, регистрируют слуховые и когнитивные вызванные потенциалы, измеряют амплитуду пика N2 слуховых вызванных потенциалов, длительность латентности Р300, определяют уровень норадреналина в плазме крови.
Изобретение относится к области медицины, а именно к диагностике. Определяют показатели коэффициента резерва кровообращения и коэффициента дыхательных изменений ударного объема.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения информации артериального давления содержит первую пневматическую камеру в первой манжете для наложения на плечо, вторую пневматическую камеру во второй манжете для наложения на нижнюю конечность, измерительный блок для синхронного измерения изменения внутреннего давления в первой и второй пневматической камере, блок определения для получения первой и второй информации артериального давления из изменения внутреннего давления в первой и второй пневматической камере соответственно и вычислительный блок.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения информации артериального давления содержит первую пневматическую камеру в первой манжете для наложения на плечо, вторую пневматическую камеру во второй манжете для наложения на нижнюю конечность, измерительный блок для синхронного измерения изменения внутреннего давления в первой и второй пневматической камере, блок определения для получения первой и второй информации артериального давления из изменения внутреннего давления в первой и второй пневматической камере соответственно и вычислительный блок.

Группа изобретений относится к медицине. Способ измерения кровяного давления реализуется электронным сфигмоманометром.

Изобретение относится к медицинской технике. Медицинское детекторное устройство для обнаружения нарушений дыхания во сне имеет лейкопластырь для закрепления детекторного устройства на теле человека, микрофон для регистрации дыхательных шумов и логические средства для анализа дыхательных шумов.

Изобретение относится к области медицины, а именно кардиологии, реабилитационной и профилактической медицине и может быть использовано для определения объема проведения курса кардиореспираторного тренинга (КРТ) у пациентов в ранние сроки неосложненного инфаркта миокарда (ИМ).

Группа изобретений относится к медицине. При осуществлении способа одновременно регистрируют две дифференциальные пульсограммы с двух пульсирующих участков поверхности тела над обследуемыми артериями.

Группа изобретений относится к медицине. При осуществлении способа одновременно регистрируют две дифференциальные пульсограммы с двух пульсирующих участков поверхности тела над обследуемыми артериями.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и кардиологии, и может быть использовано для профилактики мозговых нарушений и осложнений сердечно-сосудистых заболеваний у больных преклонного возраста в предгипертоническом состоянии. Для этого пациентам измеряют артериальное давление в течение суток. Далее сравнивают величины максимального артериального давления за дневной и ночной периоды. При повышении давления в дневной период на 4,7%-10,9% в сравнении с ночным периодом вводят ингибитор АПФ рамиприл в дозе 10 мг/сутки в утренние или в дневные часы. При повышении давления в ночной период на 4,7%-10,9% в сравнении с дневным периодом рамиприл вводят в вечернее время. Способ обеспечивает эффективную профилактику мозговых нарушений и сердечно-сосудистых осложнений у данной группы больных. 6 ил., 10 табл., 3 пр.
Наверх