способ количественной оценки экономичности функционирования дыхательной системы

Формула изобретения

Способ количественной оценки экономичности функционирования дыхательной системы, включающий исследование дыхательной системы, определение дыхательного объема в литрах и количества дыхательных движений за одну минуту, отличающийся тем, что величину дыхательного объема умножают на 121,36, количество дыхательных движений умножают на 3,546; суммируют два произведения, полученную сумму вычитают из 200 и получают величину экономичности функционирования дыхательной системы в баллах, которую оценивают: в диапазоне 20 баллов и менее как I класс - низкий уровень экономичности, от 20 баллов и до 40 включительно как II класс - уровень экономичности ниже среднего, от 40 и до 60 включительно как III класс - средний уровень экономичности, от 60 и до 80 включительно как IV класс - уровень экономичности выше среднего, от 80 и более как V класс - высокий уровень.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биологии и медицины, а именно к функциональной диагностике, и может быть использовано в валеологии, спортивной медицине, физиологии, гигиене, терапии, пульмонологии.

Известен такой показатель физической работоспособности как кислородный пульс /1/, основанный на соотношении потребляемого кислорода и частоты сердечных сокращений. Суть его заключается в определении потребляемого кислорода и частоты сердечных сокращений, выполнении расчета по определению величины кислородного пульса. Преимуществом этого способа является отсутствие инвазивности и возможность реализации в условиях лаборатории. Среди недостатков можно выделить: 1) отсутствие возможности оценки экономичности функционирования организма; 2) необходимость исследований по определению объема потребляемого кислорода, предполагающих наличие аппаратуры, расходных материалов и временных затрат на обследование и дешифровку; 3) необходимость обследования двух систем: дыхательной и сердечно-сосудистой; 4) отсутствие шкалы качественной оценки значений кислородного пульса.

В качестве прототипа выбран способ оценки экономичности функционирования дыхательной системы, использованный П.А.Радзиевским и соавт. /2/. Суть оценки заключается в реализации комплексной оценки. К недостаткам этой оценки можно отнести следующие моменты: 1) качественная оценка экономичности, 2) отсутствие количественных критериев оценки экономичности, 3) ориентация приема оценки применительно к отдельной категории лиц, а именно спортсменов определенной квалификации в условиях многолетней спортивной подготовки и реализации нагрузочной пробы.

Задача изобретения - реализовать возможность количественной оценки экономичности функционирования дыхательной системы.

Выполнение поставленной задачи осуществляют за счет того, что величину дыхательного объема умножают на 121,36, количество дыхательных движений умножают на 3,546; суммируют два произведения, полученную сумму вычитают из 200 и получают величину экономичности функционирования дыхательной системы в баллах, которую оценивают: в диапазоне 20 баллов и менее как I класс - низкий уровень экономичности, от 20 баллов и до 40 включительно как II класс - уровень экономичности ниже среднего, от 40 и до 60 включительно как III класс - средний уровень экономичности, от 60 и до 80 включительно как IV класс - уровень экономичности выше среднего, от 80 и более как V класс - высокий уровень.

Способ осуществляют следующим образом. Определяют величину дыхательного объема (ДО) и число дыхательных движений (ЧДД) за минуту. Величину ДО умножают на 121,36, ЧДД умножают на 3,546; суммируют два произведения и полученную сумму вычитают из 200, получая величину экономичности функционирования дыхательной системы (ЭкФ_ДС); величину ЭкФ_ДС оценивают: в диапазоне 20 баллов и менее как I класс экономичности функционирования дыхательной системы (низкий уровень), от 20 баллов и до 40 включительно как II класс (уровень ниже среднего), от 40 и до 60 включительно как III класс (средний уровень), от 60 и до 80 включительно как IV класс (уровень выше среднего), от 80 и более как V класс (высокий уровень).

Объект исследования: пожарные, имеющие 24-часовую продолжительность рабочего дня (РД) и график трудовой деятельности «24-часовой РД + 72-часовой отдых». Все обследованные (n=16) на протяжении РД имели 5 и более выездов на пожаротушение. Обследование на протяжении РД осуществлялось 5 раз: обследование I производилось в течение 1-2 часов РД (период суток - 8⁰⁰-10 ⁰⁰), обследование II - в течение 8-9 часа (период суток - 15⁰⁰-17⁰⁰), обследование III - в течение 16-17 часа (период суток - 23⁰⁰-1⁰⁰), обследование IV - в течение 22-23 часа 5⁰⁰-7⁰⁰ (после сна продолжительностью не менее 3 часов; период суток - 5 ⁰⁰-7⁰⁰), обследование V - в течение 24-25 часа (период суток: 7⁰⁰-9⁰⁰).

Исходные условия количественного описания модели экономичности дыхательной системы. Бóльшая психофизическая активность организма формирует большие энергозатраты, большие энергозатраты требуют большего количества кислорода, который необходим для реализации окислительно-восстановительных процессов /2/. Следовательно, объем потребляемого организмом кислорода связан с количеством вдыхаемого воздуха и может быть сопоставлен с такой характеристикой дыхательной системы как минутный объем дыхания (МОД, литр/минуту) по принципу: чем больший МОД отмечается, тем меньшая экономичность функционирования организма наблюдается. Величина МОД рассчитывается по формуле: МОД=ЧДД·ДО, где ЧДД - частота дыхательных движений (раз/минуту), ДО - дыхательный объем (л) /2/. Таким образом, экономичность функционирования дыхательной системы может быть оценена по значениям двух параметров дыхательной системы: ЧДД и ДО.

Исходя из легкости восприятия значений в процентах диапазон экономичности был «ориентирован» на интервал 0-100 баллов. Доли каждого из двух элементов, принятых для оценки экономичности по состоянию дыхательной системы, приняты равными и составили по 50%. Предложена формула расчета величины «экономичность функционирования дыхательной системы»:

ЭкФ_ДС=200-(121,36·ДО+3,546·ЧДД),

где ЭкФ_ДС - величина экономичности функционирования дыхательной системы (в баллах), ДО - величина дыхательного объема (л), ЧДД - частота дыхательных движений (раз/минуту).

Значения ЭкФ_ДС, близкие к 100, характеризуют максимальные значения экономичности, близкие к 0, - минимальные.

На протяжении рабочего дня расчетная величина имела тенденцию к снижению (табл.1), что характеризовало снижение экономичности функционирования организма. Данный момент свидетельствовал о правильном формульном решении, «вписывающем» диапазон изменений ЭкФ_ДС в интервал 0-100 баллов и характеризующем большие значения ЭкФ_ДС как значения, отражающие более высокий уровень экономичности.

Таблица 1.
Величина экономичности функционирования дыхательной системы в условиях рабочего дня суточной продолжительности.
Номер обследования	Величина ЭкФдс (баллы)
I	51,3±10,2
II	36,1±11,5
III	36,4±12,3
IV	96,5±14,8
V	11,0±8,2

Критерии качественной оценки значений ЭкФ_ДС. Средние значения ЭкФ_ДС в условиях психофизиологической активности, обусловленной трудовой деятельностью суточной продолжительности, изменялись в диапазоне от 11,0 до 96,5 баллов. Наименьшее верхнее пограничное значение ЭкФ_дс наблюдалось по результатам обследования V: 11,0+8,2=19,2 балла. Наибольшее нижнее пограничное значение ЭкФ_дс наблюдалось по результатам обследований IV: 96,5-14,8=81,7 балла. Следовательно, для выделения диапазонов качественной оценки значений ЭкФ_ДС в качестве реперных значений можно выделить значения 20 и 80 баллов, для выделения 5 классов можно использовать значения 80, 60, 40, 20 (табл.2.).

Таблица 2.
Критерии качественной характеристики значений экономичности функционирования дыхательной системы.
Критерии оценки	Диапазоны значений экономичности функционирования организма (ЭкФ ДС, в баллах) при выделении классов
ЭкФДС >80	80 ЭкФДС >60	60 ЭкФДС >40	40 ЭкФДС >20	20 ЭкФДС
Класс ЭкФДС	I	II	III	IV	V
Характеристика класса	Высокий уровень	Уровень выше среднего	Средний уровень	Уровень ниже среднего	Низкий уровень

Предлагаемый способ реализован таким образом, что ЭкФ_ДС может быть рассчитана индивидуально и в субпопуляции любой численности.

Использование предлагаемого способа расширяет диагностические возможности оценки функционального состояния человека за счет оценки экономичности функционирования дыхательной системы, а его использование имеет следующие преимущества:

1) доступен в реализации по результатам обследования дыхательной системы;

2) определение экономичности функционирования системы основано на определении двух неинвазивных показателей дыхательной системы;

3) дает возможность проведения сравнительной оценки, мониторинга, скрининга;

4) не требует продолжительных затрат времени, связанных с проведением обследования дыхательной системы и расчетов, что позволяет считать его экспресс-способом.

Пример 1. Обследуемый А., 28 лет. Необходимо определить величину экономичности функционирования дыхательной системы на момент времени С. По результатам исследования дыхательной системы на момент времени С установлено: частота дыхательных движений - 16 раз в минуту, дыхательный объем - 550 мл.

Используя формулу, рассчитали величину ЭкФ _{ДС А}:ЭкФ_{ДС А}=200-(121,36·0,55+3,546·16)=76,52 балла. Данная величина ЭкФ_дс соответствовала диапазону экономичности функционирования дыхательной системы «уровень выше среднего».

Пример 2. Спортсмены В. и С. реализовали близкие по продолжительности и интенсивности тренировочные нагрузки. Необходимо определить человека с более низкой величиной ЭкФ_ДС. По результатам обследования дыхательной системы установлено: у спортсмена В. частота дыхательных движений - 15 раз в минуту, дыхательный объем - 740 мл; у спортсмена С. - 13 раз/минуту и 580 мл соответственно.

Используя предложенную формулу расчета, получим, что величина ЭкФО у спортсмена В. составила 57,0 балла, у спортсмена С. - 83,5 балла. Следовательно, более низкий уровень экономичности функционирования организма наблюдался у спортсмена В..

Использование данного способа отвечает широкому кругу требований, предъявляемых к способам, используемых при проведении массовых осмотров, т.к. предлагаемый способ:

1) обладает качествами экспресс-способа по продолжительности процедуры обследования и получения расчетной величины;

2) величина Экф_ДС «вписана» в диапазон 0-100 баллов, что позволяет оценивать и воспринимать ЭкФО по аналогии, близкой к процентам;

3) формула расчета позволяет рассчитывать значения ЭкФО, величина которых меньше 0 и больше 100, оценивая эти значения, как соответствующие I или V классам соответственно;

4) не предполагает оснащение способа сложными приборами, а результаты обследования не требуют дешифровки и сложных расчетов;

5) методика обследования не инвазивна, безопасна для здоровья, позволяет осуществлять оценку величины искомого параметра по принципу «здесь и сейчас»;

6) проведение обследований не предъявляет специальных требований для подготовки помещений и обследуемых, что позволяет рекомендовать их для широкого использования, в том числе, и при проведении обследований на рабочем месте или параллельно реализуемой психофизической активности.

Источники информации

1. Загрядский В.П., Сулимо-Самуйлло З.К. Методы исследования в физиологии труда. - Л.: Наука, 1976. - 94 с.

2. Модельные характеристики функциональной системы дыхания лыжниц различной квалификации / П.А.Радзиевский, М.П.Закусило, Т.Г.Дыба и др. / Сб. науч. тр. «Физическое воспитание студентов творческих специальностей». - Под ред. С.С. Ермакова - Харьков: ХГАДИ (ХХПИ), 2002. - № 1. - С.46-53.

3. Нормальная физиология: Учебник / А.В.Коробков, А.А.Башкиров, К.Т.Ветчинкина / Под ред. А.В.Коробкова. - М.: Высш. Школа, 1980. - 560 с.