способ оценки общей работоспособности человека

Формула изобретения

Способ оценки общей работоспособности человека, заключающийся в исследовании локального мышечного утомления с помощью эргометра, при котором исследуют работу, выполняемую рукой, когда из горизонтального положения тестируемый выполняет работу сгибанием предплечья в локтевом суставе до упора, величину нагрузки задают индивидуально, контроль проводят по прибору, а тестирование заканчивают при снижении работоспособности на 30%, отличающийся тем, что ритм движения руки составляет 40 циклов в минуту, величину нагрузки определяют заранее до начала тестирования, которая составляет одну треть от физической возможности тестируемого, а нагрузку задают с помощью электромагнитного модуля нагружения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биологии, к разделу физиологии человека, и может быть использовано для управления тренировочным процессом в спорте, в области труда, а также при решении задач, связанных с воздействием на человека различных химических и физических факторов, где критерием оценки служит способность человека выполнять физическую работу.

Известен способ определения затрат человека на развиваемую мощность, осуществляемый с помощью велоэргометра путем сравнения показаний тренировочного пульса и пульса восстановления (Н.А.Амосов, Я.А.Бендет. Физическая активность и сердце. Киев: Здоровье, 1975). Способ тестирования заключается в следующем. Задают параметры тренировки (пульса), тестируемый начинает вращать педали эргометра, после чего начинают изменять сопротивление педалей так, чтобы частота его пульса достигла и поддерживалась в ходе тренировки на уровне запрограммированного значения с точностью±5 ударов в минуту. Для оптимального контроля за частотой пульса поддерживают требуемую частоту вращения педалей. По окончании тренировки измеряют пульс восстановления и оценивают состояние (физическую форму) тестируемого по шестибалльной шкале.

Тестирование на велоэргометре позволяет получить количественную оценку развиваемой мощности субъекта и информацию о функциональном состоянии организма человека (по пульсу), но не дает оценки о выполняемой работе. Ее можно вычислить, но процедура получения результата оценки предполагает физическую нагрузку на человека субмаксимальной и максимальной интенсивности (80-90%, 90-100% соответственно). Поэтому использовать этот способ в постоянном тренировочном процессе невозможно. Кроме того, способ тестирования занимает много времени и не дает возможности получать оперативной информации в удобной для дальнейшего использования форме (цифровой).

Также известен способ оценки выполняемой работы, осуществляемый с помощью эргометра (а.с. № 389424, М.Кл. G 011 3/00, опубл. 05.07.73). Способ заключается в том, что тестируемый производит действия рукой (ногой) с нагрузкой (подбирается индивидуально в зависимости от поставленной задачи), совершая работу в прямом направлении и, не совершая работы, возвращает руку (ногу) в исходное положение. Затем по известным формулам вычисляется оценка выполненной работы.

Недостатком способа является невысокая точность получения оценки за счет того, что не учитывается динамика изменения скорости движения конечности. Недостатком способа является и то, что выполняемую работу каждый раз приходится вычислять. Известным способом оценивается только локальная работоспособность (работа руки), но невозможно оценить общее состояние и работоспособность человека.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - оценить общее состояние и работоспособность человека, повысить точность и оперативность получаемых результатов оценки выполняемой работы.

Поставленная задача была решена за счет того. что в известном способе оценки работоспособности человека, заключающемся в том, что тестируемый совершает на эргометре работу сгибанием предплечья с нагрузкой в прямом направлении и, не совершая работы, возвращает руку в исходное положение, в исходном положении рука находится в горизонтальном положении, работу тестируемый выполняет сгибанием предплечья до вертикального положения, ограниченного упором, параметры нагрузки устанавливают индивидуальные для каждого тестируемого и определяют заранее до начала тестирования, ритм движения руки синхронизируют метрономом и он составляет 40 циклов в минуту, тестирование заканчивают при снижении работоспособности на 30%, после чего по показаниям индикатора определяют количество выполненной работы.

Индивидуальные параметры нагрузки тестируемого составляют одну треть часть нагрузки, которую определяют при работе рукой при постепенно увеличивающейся нагрузке до полной остановки движения руки.

Признаки, отличительные от прототипа, - исходное положение при тестировании - рука в горизонтальном положении, выполнение работы осуществляется сгибанием предплечья до вертикального положения, ограниченного упором, для каждого тестируемого устанавливают индивидуальные параметры нагрузки, которые определяют заранее до начала тестирования, ритм движения руки синхронизируют метрономом и он составляет 40 циклов в минуту, тестирование заканчивают при снижении работоспособности на 30%, после чего по показаниям индикатора определяют количество выполненной работы. Индивидуальные параметры нагрузки тестируемого составляют одну третью часть нагрузки, которую определяют при работе рукой при постепенно увеличивающейся нагрузке до полной остановки движения руки.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале определяют индивидуальную нагрузку для данного субъекта. Для этого субъекту предлагают совершить работу на известном плечевом эргометре (по а.с. № 389424), конструкция которого дополнена следующими модулями: электромагнитным модулем нагружения, модулем преобразования механической работы в электрический сигнал, модулем преобразования напряжения в частоту следования импульсов.

В процессе выполнения работы тестируемый находится в положении сидя, рука занимает горизонтальное положение. Тестируемый совершает сгибание руки в локтевом суставе от горизонтального положения до вертикального, ограниченного упором. Вначале совершается несколько движений руки без нагружения (для освоения пути). Затем путем постепенного увеличения напряжения, подаваемого на модуль нагружения, устанавливают величину нагрузки, при которой тестируемый не может выполнять движения - останавливается рука. Фиксируют количественный показатель индикатора, одна треть которого будет соответствовать индивидуальной (постоянной) нагрузке для данного субъекта (т.е. одна третья часть от его физической возможности).

При непосредственном тестировании данного субъекта, сохраняя установленные ранее его индивидуальные параметры нагрузки, тестируемый работает на эргометре с частотой 40 циклов в минуту, которая синхронизируется метрономом. Работа прекращается при снижении работоспособности на 30% (это оптимальная нагрузка, которая применима для всех категорий тестируемых, установленная экспериментальным путем на большом количестве опытов). На этом тестирование заканчивается.

Комплекс аппаратуры эргометра преобразует механическую работу тестируемого в электрический сигнал с последующим преобразованием в цифровую форму и по окончании тестирования достаточно считать показания индикатора и тестирующий (ученый, тренер, педагог, оператор, обучающийся) получает количественную оценку состояния работоспособности субъекта (спортсмена) на данный момент.

Для нагружения тестируемого используется известный электромагнитный модуль нагружения (заявка № 2322805/13 от 05.02.76 г.), который позволяет оперативно и точно устанавливать многократно повторяемую нагрузку в зависимости от способности тестируемого совершать работу. Конструкция модуля нагружения обеспечивает нагрузку во время рабочего хода (при сгибании руки) и исключает ее, когда система возвращается в исходное положение (при разгибании руки).

Обработка полученной в результате тестирования динамичной информации о совершаемой работе осуществляется с помощью модуля преобразования механической работы в электрический сигнал. В качестве модуля преобразования механической работы в электрический сигнал используется известный тахогенератор постоянного тока, который соединен с модулем нагружения эргометра. При приложении к рукоятке эргометра силы на выходе тахогенератора создается постоянное напряжение, которое изменяется по величине в зависимости от изменения прилагаемых усилий тестируемого. Благодаря тому, что характеристика тахогенератора линейна, представляется возможность регистрировать все, даже незначительные колебания скорости движения, а следовательно, и колебания прилагаемой силы.

Изменяющееся по величине постоянное напряжение тахогенератора подается на вход модуля преобразования напряжения в частоту следования импульсов. Частота следования выходных импульсов пропорциональна входному напряжению. Преобразованная частота поступает на индикатор, отражающий количественную оценку выполненной работы. В качестве индикатора могут быть использованы электронные счетчики, частотомеры и др.

Таким образом, комплекс известной аппаратуры и предлагаемый способ дают возможность учитывать динамику работы с учетом силы и скорости движения на протяжении всего рабочего цикла, т.е. получать интегрированную оценку работы за любой промежуток времени, не подсчитывая количества совершаемых циклов.

Использование предлагаемого способа на тренажерах и механизмах позволяет работающему видеть количественную оценку динамики движения или развития определенных качеств (например, силы), т.е. реализовать управляемый процесс обучения с обратной связью. При этом возможна запись процессов на магнитный носитель и ввод в ЭВМ практически без преобразования.

Для доказательства того, что по локальной нагрузке можно оценить общую работоспособность человека, были проведены сравнительные опыты при локальной (по предлагаемому способу) и общей нагрузке на испытуемого (при работе на велоэргометре) с использованием одних и тех же модулей обработки информации. Способ был опробирован на 518 испытуемых при 21 различном сочетании параметров. Исследование проведено на действующих спортсменах 1 разряда и кандидатах в мастера спорта (курсантах высшего военного училища). Коэффициент корреляции при сравнении локального (по предлагаемому способу) и общего (субмаксимальной интенсивности) утомления при работе на велоэргометре составил +0,710. Это доказывает, что оценку работоспособности организма в целом можно получить с помощью локального нагружения субъекта.

При апробации предлагаемого способа параллельно с регистрацией выполняемой работы получали интегрированную оценку электрической составляющей электормиограммы (ЭМГ) двуглавой мышцы плеча и вели автоматический подсчет осцилляций (частоты) миограммы. Существенно, что показатели работы и ЭМГ с наступлением утомления изменяются однонаправленно. Анализ показал высокую степень корреляции в каждом отдельном опыте, коэффициент корреляции в общей совокупности работы и электрической активности составил +0,860, а работы и количества осцилляции миограммы +0,881.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что локальный способ тестирования работоспособности адекватен тестированию работоспособности с общим физическим нагружением и позволяет судить об общей работоспособности целостного организма человека, отражая при этом способность субъекта выполнять работу в зависимости от физического состояния и динамики утомления.

Предлагаемый способ позволил впервые:

1. Получить количественную информацию о величине проделанной работы в момент окончания последнего движения.

2. По локальной работе оценить состояние работоспособности целостного организма и использовать результаты в управлении тренировочными процессами в спортивной практике, физкультуре, хореографии, обучении и т.д.