Применение мультипараметрической биологической обратной связи в спортивной медицине

УДК 616-071.2

О. В. Баулина, аспирантка,

Т. В. Истомина, д-р техн. наук, профессор, заведущая кафедрой, Пензенский государственный технологический университет

Применение мультипараметрической биологической обратной связи в спортивной медицине

Ключевые слова: компьютерная стабилография, мультипараметрическая биологическая обратная связь (БОС), спортивная гимнастика.

Keywords: computer stabilography, multiparameter bio-logical feedback (BFB), sports gymnastics.

Показано, что использование в компьютерной стабилографии метода мультипараметрической биологической обратной связи (БОС) позволит повысить не только профессионализм и результативность гимнастов на всех этапах спортивной подготовки, но и достичь максимальной вовлеченности спортсменов в этот вид спорта.

Основными показателями, отображающими состояние различных систем, задействованных в поддержке баланса вестибулярной системы организма спортсмена, являются такие характеристики колебаний, как амплитуда, частота, направление, среднее положение проекции на плоскость опоры. Методика измерений перечисленных параметров базируется на использовании компьютерных стабилоанализаторов, обычно состоящих из персонального компьютера, стабилоплатформы, комплекта датчиков для съема физиологических сигналов и комплекса методик и игр-тренажеров с обратной связью. Из серийно выпускаемых в настоящее время стабилографиче-ских комплексов наиболее полно удовлетворяет требованиям использования в спортивной гимнастике стабилоанализатор компьютерный с биологической обратной связью «Стабилан-01—2». Этот вариант компьютерного стабилографа выгодно отличается от отечественных и зарубежных аналогов тем, что позволяет применять пять видов съема и регистрации физиологических сигналов, а именно:

• пульсометрию с вариационным анализом;

• периметрическое дыхание с тензометрическим датчиком;

• кистевую силометрию с тензометрическим датчиком;

• становую силометрию с тензометрическим датчиком;

• огибающие миограммы по четырем отведениям [1, 2].

Необходимым условием для сохранения равновесия является расположение общего центра тяжести над площадью опоры. Чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести, тем устойчивее равновесие. Известно, что человек, стоящий неподвижно, на самом деле находится в состоянии неустойчивого равновесия, его центр тяжести лежит выше площади опоры и совершает колебательные микроперемещения [2]. Сегодня стабилография как метод количественного, пространственного и временного анализа устойчивости стояния приобрела большое значение в оценке статодинамической устойчивости в различных видах спорта, где умение сохранять равновесие определяет спортивный результат. Наибольший интерес в использовании методики ста-билографии представляет спортивная гимнастика. Контроль функционального состояния гимнастов на основе методов и средств компьютерной стаби-лографии не имеет альтернатив по комфортности и времени обследования, высокой чувствительности к отклонениям функционального состояния, возможности формирования индивидуальных и групповых нормативов и мониторингу текущего состояния спортсменов. Кроме того, биологические обратные связи (БОС) различных модальностей позволяют использовать компьютерные стабило-графы в качестве тренажерных устройств, направленных на совершенствование функции равновесия, координационных способностей, психологической устойчивости, грамотного тактического мышления [3].

На сегодняшний день существует большое количество средств и методов оценки координации движений человека (см. схему), основанных на применении компьютерных технологий, что позволяет устранить недостатки прежних методов оценки координации движений человека и производить комплексирование различных подходов с использованием мультипараметрической биологической обратной связи.

№ 3(33)/2014 |

биотехносфера

Оценка координации движений человека

Схема оценки координации движений

Контроль функционального состояния гимнастов можно разделить на классы:

1) отбор как на первоначальном этапе, так и на определенных этапах многолетней тренировки (от отбора детей в секцию спортивной гимнастики до комплектации сборной команды мастеров спорта);

2) текущее обследование состояния различных систем организма гимнаста: сердечно-сосудистой, дыхательной, различных систем ЦНС, мышечной, а также психологического состояния спортсмена;

3) оценка общего состояния гимнаста, его готовности к сложнокоординационной деятельности в ходе тренировочного процесса, а также оценка воздействия различной нагрузки на адаптационные процессы спортсмена;

4) поэтапное обследование для оценки состояния спортсменов после выполнения тренировочных нагрузок определенного временного периода;

5) комплексное медицинское обследование спортсменов;

6) реабилитационные мероприятия по восстановлению двигательной активности после различных спортивных травм [4, 5].

Для отработки определенных упражнений на равновесие в спортивной гимнастике предлагается методика применения мультипараметрической биологической обратной связи на основе компьютерной стабилографии, электромиографии и электрокардиографии, которая включает:

1) определение группы упражнений для исследования функции равновесия гимнаста;

2) исследование функции равновесия каждого упражнения из этой группы с помощью биологических обратных связей различных модальностей, что

позволяет корректировать функцию равновесия во время исследования;

3) просмотр и анализ результатов по окончании обследования.

На этом этапе выделяют упражнения с наибольшим отклонением функции равновесия от нормы, на которых нужно будет акцентировать внимание в дальнейшем тренировочном процессе;

4) сохранение результатов в базе данных.

Данная операция предусмотрена в целях анализа динамики развития способности к сохранению равновесия гимнастов;

5) формирование базы норм индивидуально по каждому спортсмену, чтобы в случае долгих перерывов в спортивной деятельности, например связанных с болезнью, была возможность наработки навыков по собственным нормативам. Такая база необходима также для сохранения навыков поддержания равновесия на пике возможностей спортсмена.

Данная методика, разработанная на основе методов и средств компьютерной стабилографии, сегодня не имеет альтернатив по комфортности и времени обследования гимнастов, высокой чувствительности к отклонениям функции равновесия, возможности формирования индивидуальных нормативов, а также мониторингу текущего состояния спортсменов.

Таким образом, методика стабилографии имеет перспективу применения в спортивной гимнастике для повышения эффективности тренированности и мотивации спортсменов, а использование в компьютерной стабилографии метода БОС позволит не только повысить профессионализм и результативность гимнастов на всех этапах спортивной подготовки, но и достигнуть максимальной вовлеченности спортсменов в этот вид спорта.

биотехносфера

| № 3(33)/2014

Литература

1. Васильев О. Убрать «эффект бабочки» // Гимнастика. 2013. № 1. С. 30-36.

2. Болобан В., Мистулова Т. Стабилография: достижения, перспективы // Наука в олимпийском спорте. 2000. Спец. вып.

3. Слива С. С. Применение стабилографии в спорте // Первая Всероссийская научно-практическая конференция «Мони-

торинг физического развития, физической подготовленности различных возрастных групп населения». Сб. докладов. Нальчик, 2003.

4. Казакова О. В., Щипицын П. Г. Стабилометрическое тестирование спортсменов некоторых специализаций. Челябинск: Южно-Уральский государственный университет.

5. Мистулова Т. Е. Методика стабилографии в научно-методическом обеспечении подготовки сборных команд Украины// Вестник спортивной науки. 2008. № 4.

УДК 612.171.1

И. С. Лебеденко,

канд. техн. наук, доцент,

Е. С. Белянская, канд. техн. наук, доцент, Тульский государственный университет

Использование в учебном процессе виртуальных лабораторных работ по моделированию функционирования сердца

Ключевые слова: виртуальная, лабораторная работа, математические модели, функционирование сердца. Keywords: virtual laboratory work, mathematical models, the functioning of the heart.

Рассматриваются вопросы постановки виртуальных лабораторных работ по математическим моделям функционирования сердца.

С 2005 года по настоящее время на кафедре «Приборы и биотехнические системы» (ПБС) силами преподавателей и студентов ведется разработка математических моделей функционирования сердца, с помощью которых можно производить экспериментальные исследования без причинения вреда здоровью человека, получать информацию о нагрузках, переносимых сердцем, поведении сердечной мышцы в норме и при возможных отклонениях работы, в частности при инфаркте, пролапсе митрального клапана и других патологиях.

Актуальность проводимых исследований связана с тем, что сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место среди причин смертности населения как развитых, так и развивающихся стран. В соответствии с данными ВОЗ, насчитывается около 16 миллионов летальных исходов в год, что составляет около трети общей смертности.

В настоящее время проводятся различного рода исследования в области заболеваний сердца и сердечно-сосудистой системы в целом, а именно:

производство искусственных клапанов сердца (биопротезов) и различных модификаций всего сердца (в качестве временного имплантата), исследование кровенаполнения сосудов методами плетизмографии, определение свойств кровотока с помощью до-плерографии, изучение механических свойств сердечной мышцы, изучение электрических явлений в сердце (определение биопотенциалов сердца методом электрокардиографии) и многое другое. Производится большое количество медицинской аппаратуры и приборов для диагностики сердечных заболеваний и их лечения (кардиостимуляторы). Однако невозможность проводить экспериментальные исследования на сердце in vivo (в живом организме) приводит к необходимости разработки различных моделей. Поэтому в последнее время широко ведутся научные работы в области создания математической модели сердца, на которой можно проводить различного рода эксперименты без причинения вреда здоровью человека.

Разработанная система моделей включает две связанные между собой подсистемы: механико-гидравлическую и электрическую подсистемы авто-матии сердца, расчетные схемы и математические модели которых были опубликованы ранее [1]. На основе исходной схемы были получены расчетные схемы и математические модели, отражающие ра-

№ 3(33)/2014 I

биотехносфера