СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УТОМЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
METHOD OF DETERMINING HUMAN FATIGUE

Изобретение относится к спортивной медицине и предназначено для определения утомления человека.
Известен способ определения утомления человека, заключающийся в том, что регистрируют электрическое сопротивление кожи обеих рук, измеряют амплитуду потенциала электрического сопротивления кожи, вычисляют коэффициент сопротивления по формуле
ac
1
2
1
2
K=2(v-v)/(v+v),
1
2
ас
где v - амплитуда потенциала электрического сопротивления кожи на правой руке; v - амплитуда потенциала электрического сопротивления кожи на левой руке; и при K менее - 0,2 определяют состояние утомления [1].
Недостатком способа является сложность определения электрического сопротивления кожи при выполнении физических упражнений.
В регуляторных процессах, происходящих в организме человека, доминирующая роль принадлежит центральной нервной системе, поэтому при оценке состояния человека необходимо оценивать состояние самой центральной нервной системы [2]. В качестве параметров, характеризующих состояние центральной нервной системы, используются психофизиологические параметры состояния зрительного анализатора, так как эффективность его функционирования зависит, прежде всего, от уровня функционирования центральной нервной системы [3].
Известен способ определения утомления человека путем измерения критической частоты слияния световых мельканий, воспринимаемых поочередно правым и левым глазом, при этом разность получаемых величин менее 15% свидетельствует о наличии утомления [4].
Известен способ определения утомления человека путем измерения критической частоты слияния световых мельканий красного и зеленого цветов последовательно для одного глаза с последующим определением разности полученных величин, при разнице меньше 0,3 Гц диагностируют утомление [5].
Недостатком способов является низкая точность определения утомления человека, обусловленная низкой точностью измерения критической частоты световых мельканий [6].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения утомления человека, заключающийся в том, что испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс; периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один, и строят график динамики порогового межимпульсного интервала в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования»; состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала [7].
Недостатком способа является недостоверность определения утомления. В данном способе величина нагрузки при определении утомления человека принимается равной 100% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского. Известно, что нагрузка, определяемая по номограммам, является усредненной. Однако одинаковые по интенсивности и длительности воздействия могут быть стресс-факторами для одного человека и не обладать этими свойствами для другого. По данным А.Н. Корженевского и соавторов [8] применение нагрузок одинакового объема и интенсивности приводит к росту функциональных возможностей лишь у 30-40% тренирующихся - у тех, для кого нагрузка оказалась оптимальной. Для более тренированных спортсменов эти нагрузки неэффективны, а для недостаточно подготовленных - неадекватны и ведут к переутомлению.
Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении достоверности определения индивидуального утомления при разных нагрузках.
Технический результат достигается тем, что испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс; периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один, и строят график динамики порогового межимпульсного интервала в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования»; состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала, причем новым является то, что вначале испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой, равной 75% должного максимального потребления кислорода, затем тестирование повторяют через двое суток отдыха с нагрузкой, увеличенной на 50 Вт, до тех пор, пока график динамики порогового межимпульсного интервала не будет иметь нисходящий тренд; состояние утомления человека определяют по предыдущим графикам порогового межимпульсного интервала, имеющим «плато».
и
На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых испытуемому в процессе тестирования, где t - длительность светового импульса; τ - длительность межимпульсного интервала; T - длительность временного интервала повторения парных световых импульсов.
На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала при определении его порогового значения.
На фиг.3-6 представлены графики динамики порогового межимпульсного интервала при тестировании испытуемого T., на фиг.7-9 - испытуемого Б.
1
Предлагаемый способ определения утомления человека осуществляется следующим образом. Испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой, равной 75% должного максимального потребления кислорода, и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с (фиг.2, интервал времени 0-T).
1
2
В процессе тестирования периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T-T). По полученным значениям порогового межимпульсного интервала строят график его динамики в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования». Тестирование прекращают, когда значения порогового межимпульсного интервала резко уменьшаются.
Тестирование повторяют через двое суток отдыха с нагрузкой, увеличенной, согласно рекомендациям [9] на 50 Вт, до тех пор, пока график динамики порогового межимпульсного интервала не будет иметь нисходящий тренд.
Состояние утомления человека определяют по предыдущим графикам порогового межимпульсного интервала, имеющим «плато», по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала.
Предлагаемый способ позволяет достоверно определить утомление при разных нагрузках.
Выход графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования на «плато» свидетельствует о том, что центральная нервная система находится в квазистационарном режиме, то есть процессы регуляции вегетативных функций во всех органах и системах организма закончены и весь организм действительно находится в состоянии оптимальной работоспособности. В квазистационарном режиме наблюдается вариабельность значений порогового межимпульсного интервала, обусловленная стохастичностью центральной нервной системы как сложного биологического объекта.
Изменения в организме, обусловленные развитием утомления, заключаются в дискоординации процессов в органах и системах организма, увеличении физиологической стоимости работы [10]. Состояние центральной нервной системы, осуществляющей регуляцию процессов, происходящих в организме человека, меняется. Центральная нервная система переходит в состояние напряженности, о чем свидетельствует резкое уменьшение порогового межимпульсного интервала между двумя импульсами в паре.
Таким образом, предлагаемый способ отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
Пример 1. Испытуемый Т., 22 лет, кандидат в мастера спорта по лыжным гонкам, выполнил тестирование с использованием велоэргометра модели «Kettler X1» №7681-000 в положении сидя со скоростью педалирования 60 об/мин. Величина нагрузки постоянной мощности принята равной 195 Вт, соответствующей 75% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского. Во время тестирования врачом выполнялся постоянный контроль состояния испытуемого по его внешнему виду, частоте сердечных сокращений и артериальному давлению, изменения которых служили врачу основанием для прекращения тестирования. Определение порогового межимпульсного интервала выполнялось в начале тестирования и через каждые 2 минуты педалирования.
Тестирование прекращено по требованию врача. Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 1, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.3.
Таблица 1
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
7,9
7,5
6,7
6,5
6,1
5,9
5,8
5,9
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,8
5,8
5,8
5,9
5,8
5,8
5,9
5,7
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,8
5,7
5,7
5,8
5,7
5,9
5,8
5,8
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
58
60
62
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,7
5,9
5,8
5,7
5,7
5,8
5,8
5,7
Время тестирования, мин
64
66
68
70
72
74
76
78
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,8
5,8
5,8
5,7
5,8
5,7
5,7
5,7
Время тестирования, мин
80
82
84
86
88
90
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,8
5,8
5,7
5,8
5,7
5,7
-
-
Анализ графика динамики порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования показывает, что на графике отсутствует резкое уменьшение значений порогового межимпульсного интервала. Это свидетельствует о том, что состояние центральной нервной системы в процессе тестирования не меняется, утомление испытуемого при данной нагрузке, исходя из состояния центральной нервной системы, за время тестирования не наступает.
Испытуемый Т. повторил тестирование через двое суток отдыха с нагрузкой, равной 245 Вт, соответствующей 94% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 2, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.4.
Таблица 2
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
8,2
7,2
6,7
5,9
5,6
5,5
5,6
5,6
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,5
5,5
5,5
5,6
5,4
5,5
5,6
5,4
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,5
5,6
5,5
5,6
5,5
5,6
5,5
5,4
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
58
60
62
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,5
5,4
5,4
5,3
5,3
5,2
5,2
5,3
Время тестирования, мин
64
66
68
70
72
74
76
78
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,2
5,2
5,2
5,3
5,2
5,2
5,2
5,1
Время тестирования, мин
80
82
84
-
-
-
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,0
4,6
4,1
-
-
-
-
-
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования позволяет определить состояние утомления человека по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала, равного 80 минутам. В это время необходимо закончить тестирование, иначе дальнейшая нагрузка приведет к переутомлению.
Испытуемый Т. повторил тестирование через двое суток отдыха с нагрузкой, равной 295 Вт, соответствующей 114% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 3, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.5.
Таблица 3
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
7,8
6,4
5,7
5,3
5,2
5,3
5,3
5,2
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,2
5,3
5,2
5,2
5,3
5,3
5,2
5,2
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,1
5,1
5,0
5,0
5,1
5,0
5,0
5,1
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
58
60
62
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,0
5,0
4,9
5,0
4,9
5,0
4,7
4,0
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования позволяет определить состояние утомления человека по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала, равного 58 минутам. В это время необходимо закончить тестирование, иначе дальнейшая нагрузка приведет к переутомлению.
Испытуемый Т. повторил тестирование через двое суток отдыха с нагрузкой, равной 345 Вт, соответствующей 132% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Тестирование прекращено по требованию врача. Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 4, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.6.
Таблица 4
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
8,0
6,5
5,6
5,3
5,2
5,0
5,1
4,9
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,0
4,8
4,7
4,7
4,5
4,5
4,5
4,4
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
4,4
4,2
4,3
4,1
4,1
4,2
4,1
4,0
Время тестирования, мин
48
50
-
-
-
-
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
4,1
3,9
-
-
-
-
-
-
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования показывает, что нагрузка, равная 345 Вт, соответствующая 132% должного максимального потребления кислорода, для испытуемого Т. является чрезмерной, так как график имеет нисходящий тренд.
Пример 2. Испытуемый Б., 20 лет, 1 разряд по лыжным гонкам, выполнил, аналогично испытуемому Т., тестирование при нагрузке постоянной мощности, равной 195 Вт, соответствующей 75% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Тестирование прекращено по требованию врача. Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 5, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.7.
Таблица 5
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
7,4
6,8
6,5
6,4
6,1
6,0
5,8
5,7
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,8
5,7
5,6
5,6
5,7
5,6
5,7
5,5
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,6
5,4
5,5
5,5
5,4
5,5
5,6
5,6
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
58
60
62
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,5
5,5
5,4
5,4
5,5
5,3
5,3
5,4
Время тестирования, мин
64
66
68
70
72
74
76
78
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,3
5,3
5,4
5,3
5,4
5,4
5,4
5,3
Время тестирования, мин
80
82
84
86
88
90
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,4
5,3
5,3
5,4
5,4
5,3
-
-
Анализ графика динамики порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования показывает, что на графике отсутствует резкое уменьшение значений порогового межимпульсного интервала. Это свидетельствует о том, что состояние центральной нервной системы в процессе тестирования не меняется, утомление испытуемого при данной нагрузке, исходя из состояния центральной нервной системы, за время тестирования не наступает.
Испытуемый Б. повторил тестирование через двое суток отдыха с нагрузкой, равной 245 Вт, соответствующей 94% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 6, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.8.
Таблица 6
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
7,8
6,9
6,6
6,1
5,9
5,6
5,6
5,5
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,6
5,5
5,4
5,5
5,5
5,4
5,5
5,4
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,4
5,3
5,4
5,4
5,3
5,4
5,3
5,3
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
58
60
62
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,4
5,3
5,3
5,4
5,3
5,3
5,2
5,3
Время тестирования, мин
64
66
68
70
72
74
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
5,2
5,2
5,2
5,0
4,7
4,2
-
-
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования позволяет определить состояние утомления человека по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала, равного 68 минутам. В это время необходимо закончить тестирование, иначе дальнейшая нагрузка приведет к переутомлению.
Испытуемый Б. повторил тестирование через двое суток отдыха с нагрузкой, равной 295 Вт, соответствующей 114% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П. Преварского.
Тестирование прекращено по требованию врача. Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице 7, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.9.
Таблица 7
Время тестирования, мин
0
2
4
6
8
10
12
14
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
7,6
6,6
6,2
5,9
5,4
5,2
5,0
5,0
Время тестирования, мин
16
18
20
22
24
26
28
30
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
4,9
4,8
4,8
4,9
4,8
4,7
4,8
4,6
Время тестирования, мин
32
34
36
38
40
42
44
46
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
4,6
4,4
4,5
4,4
4,5
4,3
4,4
4,2
Время тестирования, мин
48
50
52
54
56
-
-
-
Значение порогового межимпульсного интервала, мс
4,2
4,3
4,1
4,1
4,0
-
-
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования показывает, что нагрузка, равная 295 Вт, соответствующая 114% должного максимального потребления кислорода, для испытуемого Б. является чрезмерной, так как график имеет нисходящий тренд.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет достоверно определить утомление человека при разных нагрузках.
Источники информации
1. Авторское свидетельство 1531991 СССР, A61B 5/16. Способ определения утомления человека и устройство для его осуществления / М.А. Шевандин, О.И. Грибков, Г.В. Таратынова, И.М. Подклетнова (СССР).
2. Маслов Н.Б., Блощинский И.А., Максименко В.Н. Нейрофизиологическая картина генеза утомления, хронического утомления и переутомления человека-оператора // Физиология человека. - 2003. - Т. 29. - №5. - С.123-133.
3. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.
4. Авторское свидетельство 1179989 СССР, A61B 5/16. Способ определения утомления человека / И.А. Казановская, З.Ф. Кенга (СССР).
5. Авторское свидетельство 1436991 СССР, A61B 5/16. Способ определения степени утомления человека / Ф.Г. Алекперов, А.Д. Вдовиченко, Г.С. Гроссу, А.С. Парсаданян (СССР).
6. Петухов И.В., Роженцов В.В., Алиев М.Т. Исследование точности оценок временных характеристик зрительного восприятия // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2007. - Т. 144, №8. - С.236-237.
7. Патент 2364316 РФ, МПК A61B 3/02, A61B 5/00. Способ определения утомления человека / Полевщиков М.М., Роженцов В.В. (РФ).
8. Корженевский А.Н., Дахновский B.C., Подливаев Б.А. Диагностика тренированности борцов // Теория и практика физической культуры. - 2004. - №2. - С.28-32.
9. Зайцева В.В., Сонькин В.Д., Бурчик М.В., Корниенко И.А. Оценка информативности эргометрических показателей работоспособности // Физиология человека. - 1997. - Т. 23. - №6. - С.58-63.
10. Смирнов К.М. Напряженность труда // Успехи физиологических наук. - 1984. - Т. 15. - №1. - С.76-99.