МЕТОД И СИСТЕМА ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ РЕЗЕРВОВ СПОРТСМЕНА ВО ВРЕМЯ ТРЕНИРОВОК

Введение. Оценка физиологического резерва (ФР) спортсмена и его динамики актуальна при планировании и проведении тренировок, прогнозировании результатов спортсмена. Актуальность данной проблемы усиливается в спорте высоких достижений, в частности в энергетически затратных видах спорта. Сложность решения этой проблемы обусловлена необходимостью учета комплекса медико-биологических показателей и формирования интегрального показателя, отражающего функционирование различных систем организма, которые обеспечивают значимый вклад в достижение результата спортсмена.
Цель работы. Разработка метода и системы оценки ФР, позволяющих комплексно изучить ФР во время тренировочного процесса.
Методы и материалы. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены задачи с использованием методов медико-биологических исследований, биомедицинской инженерии, математической обработки и анализа диагностически значимых показателей.
Результаты. Сформирован комплекс медико-биологических показателей организма, отражающих метаболизм организма спортсмена в условиях физических нагрузок. Это частота сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма, частота пульса, систолическое и диастолическое давление, частота дыхания, сатурации крови, индекс напряженности Баевского. Для оценки ФР важно оценивать показатели, характеризующие физиологические резервы спортсмена в текущий момент времени и их динамику. Предложена круговая диаграмма для комплексного учета всех перечисленных показателей и динамики их изменения. Количественной мерой интегрального показателя ФР является площадь многогранника, полученного на круговой диаграмме по нормированным значениям диагностически значимых показателей. Разработан метод проведения медико-биологических исследований спортсмена и метод оценки ФР на основе комплекса показателей систем организма, предложена схема оценки физиологических резервов организма спортсмена до и после тренировок. Она позволяет оценить не только энергозатраты организма спортсмена во время тренировок, но и его восстановление после тренировок. Разработана обобщенная структура биотехнической системы и структуры системы съёма, регистрации, обработки и анализа биомедицинских сигналов для оценки физиологических резервов спортсмена. Особое внимание уделено разработке носимого устройства для синхронной регистрации комплекса биомедицинских сигналов и алгоритмам оценки диагностически значимых показателей физиологических резервов организма спортсмена.
Заключение. Предложенный метод исследования физиологических резервов спортсмена и структура системы с пространственно-распределенной архитектурой позволяют тренеру и врачу спортивной медицины оценивать эффективность тренировочного процесса спортсмена с учетом его потенциальных возможностей, эффективно управлять тренировочным процессом.

1. Shlyk N. I., Baevskiy R. M. Heart Rate Variability. Theoretical Aspects and Practical Application. Abstracts and Reports IV All-Russian Symposium. Izhevsk, UdSU, 2008, 344 p. (In Russ.)

2. Baevskiy R. M., Ivanov G. G. Analysis of Heart Rate Variability Using Different Electrocardiographic Systems (Guidelines). Vestnik aritmologii [Bulletin arrhythmology], 2001, no. 24, pp. 65–86. (In Russ.)

3. Cheng T. M., Savkin A. V., Celler B. G., Su S. W., Wang L. Nonlinear Modeling and Control of Human Heart Rate Response during Exercise with Various Work Load Intensities. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2008, vol. 55, iss. 11, pp. 2499–2508. doi: 10.1109/TBME.2008.2001131

4. Weng, K., Turk B., Dolores L., Nguyen T. N., Celler B., Su S., Nguyen H. T. Fast tracking of a given heart rate profile in treadmill exercise. 2010 Annual Intern. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology. Buenos Aires, Argentina. 31 Aug.-4 Sept. 2010. Piscataway, IEEE, 2010, pp. 2569–2572. doi: 10.1109/IEMBS.2010.5626650

5. Stork M., Novak J., Zeman, V. Models of Some Physiological Parameters Based on Spiroergometric Exercise Test. 2011 Intern. Conf. on Applied Electronics. Pilsen, Czech Republic. 7-8 Sept. 2011. Piscataway, IEEE, 2011, pp. 1–6.

6. Paradiso M., Pietrosanti S., Scalzi S., Tomei P., Verrelli C. M. Experimental Heart Rate Regulation in CycleErgometer Exercises. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2012, vol. 60, iss. 1, pp. 135–139. doi: 10.1109/TBME.2012.2225061

7. Logier R., Dassonneville A., Chaud P., De Jonckheere J. A Multi Sensing Method for Robust Measurement of Physiological Parameters in Wearable Devices. 2014 36th Annual Intern. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Chicago, IL, USA. 26-30 Aug. 2014. Piscataway, IEEE, 2014, pp. 994–997. doi: 10.1109/EMBC.2014.6943760

8. Plews D. J., Laursen P. B., Meur Y. L., Hausswirth C., Kilding A. E., Buchheit M. Monitoring Training with Heart-Rate Variability: How Much Compliance is Needed for Valid Assessment? International Journal of Sports Physiology and Performance, vol. 9, iss. 5, pp.783–790. doi: 10.1123/ijspp.2013-0455

9. Kaikkonen P. Post-exercise Heart Rate Variability: A New Approach to Evaluation of Exercise-Induced Physiological Training Load. Studies in Sport, Physical Education and Health. 2015, vol. 224, 88 p. 10. Zakynthinaki M. S. Modelling Heart Rate Kinetics. PloS one. 10(4), e0118263, pp. 1–26. doi:

10. 1371/journal.pone.0118263

11. Ahmadi A. K., Moradi P., Malihi M., Karimi S., Shamsollahi M. B. Heart Rate Monitoring during Physical Exercise Using Wrist-Type Photoplethysmographic (PPG) Signals. 2015 37th Annual Intern. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). Milan, Italy. 25-29 Aug. 2015. Piscataway,IEEE, 2015, p. 6166– 6169. doi: 10.1109/EMBC.2015.7319800

12. Dong J. G. The Role of Heart Rate Variability in Sports Physiology. Experimental And Thera-Peutic Medicine. 2016, vol. 11, iss. 5, pp. 1531–1536. doi: 10.3892/etm.2016.3104

13. Bellenger C. R., Fuller J. T., Thomson R. L., Davison K., Robertson E. Y., Buckley J. D. Monitoring Athletic Training Status Through Autonomic Heart Rate Regulation: a Systematic Re-View and Meta-Analysis. Sports Medicine. 2016, vol. 46, iss. 10, pp. 1461–1486. doi: 10.1007/s40279-016-0484-2

14. Ornelas F., Nakamura F. Y., Dos-Santos J. W., Batista D. R., Meneghel V., Nogueira W. J., Brigatto F. A., Germano M. D., Sindorf M. A., Moreno M. A., Lopes C. R., 2017. Daily Monitoring of the Internal Training Load by the Heart Rate Variability: A Case Study. Journal of Exercise Physiology Online. 2017, vol. 20, iss. 1, pp. 151–163.

15. Stork M., Novak J., Zeman V. Dynamic Models of Some Physiological Parameters in Response to Exercise. 2017 Intern. Conf. on Applied Electronics (AE). Pilsen, Czech Republic. 5-6 Sept. 2017. Piscataway, IEEE, 2017, pp. 1–4. doi: 10.23919/AE.2017.8053622

16. Huang Y. C., Huang T. S. A Study of Physiological Responses to Different Forms of Exercise. 2017 IEEE 8th International Conference on Awareness Science and Technology (iCAST). 8-10 Nov. 2017. Taichung, Taiwan. Piscataway, IEEE, pp. 68–74. doi: 10.1109/ICAwST.2017.8256525

17. Stork M., Novak J., Zeman V. Modeling of Heart Rate During Exercise. 2017 11th Intern. Conf. on Measurement. Smolenice, Slovakia. 29-31 May 2017. Piscataway, IEEE, pp. 251–254. doi: 10.23919/MEASUREMENT.2017.7983583

18. Scott M., Graham K. S., Davis G. M. Cardiac Autonomic Responses during Exercise and Post-Exercise Recovery Using Heart Rate Variability and Systolic Time Intervals—a Review. Frontiers in Physiology. 2017, vol. 8, art. 301. doi: 10.3389/fphys.2017.00301

19. Nguyen Trong Tuyen, Tran Trong Huu, Nguyen Mau Thach, Yuldashev Z. M. System and Algorithm of Intelligent Biomedical Signal Processing and Analysis for Human Health Status Remote Monitoring System. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2018, no. 5, pp. 71–80. doi: 10.32603/1993-8985-2018-21-5-71- 80 (In Russ.).