Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка аппаратно-программного комплекса для тестирования и тренировок аэробных и силовых возможностей мышц плечевого пояса и создание методики его использования в массовом спорте и в восстановительной медицине

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
массовый спорт, реабилитация, тренировочно-измерительный комплекс, физическая нагрузка, мышцы плечевого пояса, частота сердечных сокращений, аэробно-анаэробный переход, аэробная тренировка, силовая тренировка.

Цель проекта:
Задачи: Разработка и создание тренировочно-измерительного комплекса для мышц плечевого пояса, состоящего из силового блока, электронного блока с набором датчиков и сенсорных устройств для непрерывного измерения нагрузки и регистрации физиологических показателей занимающегося и планшетного компьютера с разработанным программным обеспечением. Разработка методик тестирования людей с различным уровнем физической подготовки и алгоритмов определения оптимального уровня индивидуальных тренировочных нагрузок. Разработка методик использования тренировочно-измерительного комплекса с биологической обратной связью, снижающих риск травматизма и негативных реакций сердечно-сосудистой системы при проведении спортивно-оздоровительных тренировок. Цель проекта: разработка и создание тренировочно-измерительного комплекса с биологической обратной связью, предназначенного для объективной оценки и тренировки силовых и выносливостных возможностей мышц плечевого пояса с использованием научно обоснованных методик, базирующихся на индивидуальном подборе адекватных тренировочных нагрузок.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения работы:
- разработаны и изготовлены два экспериментальных образца тренировочно-измерительного комплекса (аппаратно-программного комплекса – АПК);
- получены результаты физиологических экспериментов, направленных на разработку информативных методик тестирования людей с различным уровнем физической подготовленности;
- разработана методика тестирования аэробных и силовых возможностей мышц плечевого пояса;
- разработаны алгоритмы определения индивидуальных тренировочных нагрузок для людей с различным уровнем физической подготовленности;
- разработано программное обеспечение комплекса;
- созданы методические рекомендации использования созданного АПК в массовом спорте и в восстановительной медицине;
- представлен проект ТЗ на проведение опытно-конструкторских работ, направленных на подготовку к изготовлению серийных образцов АПК.
По результатам исследований и разработок опубликованы три статьи в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных WEB of Science, и подана заявка на патент.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В состав комплекса входят: силовой блок, измерительные модули и планшет с оригинальным ПО. Разработанный силоизмерительный модуль предназначен для регистрации «механических» показателей выполняемых движений – развиваемой силы и мощности, а также частоты движений и длительности активной фазы. С помощью разработанного физиологического модуля регистрируется ЭМГ-активность исследуемой мышцы, а также изменения содержания различных форм гемоглобина в мышечной ткани с помощью входящего в его состав миниатюрного ИК-спектрометра. Кроме того, в этом модуле имеется дополнительный аналоговый вход для подключения внешнего сенсора частоты дыхания. В состав комплекса входит также кардиомонитор Polar H7 для измерения ЧСС. Информация со всех измерительных модулей передается по беспроводному каналу Bluetooth LE на планшетный компьютер.
Разработано ПО, предназначенное для отображения информации, полученной с измерительных модулей, ее обработки и хранения результатов в локальной базе данных. В ПО реализован пользовательский интерфейс для различных режимов тренировок и тестирования.

Новизна разрабатываемого АПК обусловлена: индивидуальным подбором тренировочной нагрузки на основании результатов тестирований; использованием биологической обратной связи для контроля тренировочной нагрузки; возможностью контролировать во время тренировки физиологические показатели тренирующегося.

АПК отличается от имеющихся на рынке тренажеров для тренировки мышц плечевого пояса наличием возможности не только нагружать тренируемые мышцы, но и регистрировать происходящие при этом физиологические изменения.
Аналогичных физиологическому модулю беспроводных малогабаритных приборов, предназначенных для одновременной регистрации и ЭМГ-активности и изменений содержания HHb и OHb, динамика которых отражает кровоснабжение и потребление кислорода мышцей во время работы, на рынке нет.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанный АПК будет являться основой линейки тренировочно-измерительных устройств нового поколения, предназначенных для тестирования и проведения тренировок мышц плечевого пояса в массовом спорте и в восстановительной медицине. Различные модификации тренажерных устройств будут иметь различные силовые блоки с интегрированными датчиками параметров нагрузки и различаться по программному обеспечению и по набору регистрируемых физиологических показателей.
Спортивная модификация тренажерного устройства может использоваться в фитнес-центрах, в спортивных школах и клубах для тестирования и тренировок спортсменов-лыжников, биатлонистов и пловцов различного уровня – от начинающих спортсменов-любителей до квалифицированных спортсменов. Особый интерес эта модификация тренажера может представлять для спортсменов-паралимпийцев.
Модификация тренажерного устройства для использования в реабилитационных центрах различного профиля может использоваться для проведения общеукрепляющих тренировок больных с нарушениями функций ног; для восстановительных тренировок с контролируемой интенсивностью нагрузок на мышцы плечевого пояса после перенесенных травм или хирургических вмешательств; для низкоинтенсивных тренировок аэробной направленности больных с нарушениями сердечно-сосудистой системы в реабилитационный период.

Текущие результаты проекта:
В результате проведенных экспериментов был разработан оригинальный способ оценки мощности, при которой происходит аэробно-анаэробный переход (ПАНО). Алгоритм определения мощности на ПАНО (ПАНО HHb) основан на сопоставлении динамики повышения содержания дезоксигенированной формы гемоглобина в работающей мышце с динамикой увеличения ее ЭМГ-активности во время теста с линейно повышающейся мощностью нагрузки. Было показано, что при работе мышц плечевого пояса (испытуемые во время теста с повышающейся нагрузкой имитировали одновременный бесшажный лыжный ход) для определения мощности на ПАНО наиболее информативными являются измерения, проводимые на широчайшей мышцы спины. Экспериментальное сравнение полученных с помощью этого алгоритма величин мощности на ПАНО с «золотым стандартом» – с результатами, полученными по изменению содержания лактата в крови в тесте со ступенчато возрастающей нагрузкой, показало, что эти величины хорошо коррелируют. Измерения проводились с участием группы добровольцев -испытуемых с различным уровнем аэробной работоспособности. Определение мощности на ПАНО позволяет определить оптимальные тренировочные нагрузки в зависимости от индивидуальных функциональных возможностей. Тренировка с постоянной нагрузкой проводится на уровне несколько ниже ПАНО. Мощность нагрузки во время легкой тренировки должна находиться в интервале от 50% до 60% мощности на ПАНО, при тренировке средней интенсивности – от 60% до 70%, при высокоинтенсивной тренировке – от 70% до 80% мощности на ПАНО.
Во время интервальной аэробной тренировки мощность нагрузки на низкоинтенсивном временном интервале длительностью 3 мин должна составлять 50%, а на высокоинтенсивном интервале (длительностью от 1,5 до 2 мин) – 95% мощности на ПАНО.
Для практического использования разработанного алгоритма создан АПК (см. выше)