Спосіб оцінки фізіологічної ціни психоемоційного чи фізичного навантаження

Спосіб оцінки фізіологічної ціни психоемоційного чи фізичного навантаження шляхом реєстрації не менш ніж 20-ти ЕКГ кардіоциклів в одному чи декількох загальноприйнятих ЕКГ відведеннях у 3х станах - спокою, на максимумі навантаження та після закінчення періоду реституції, визначенням усереднених частоти серцевих скорочень (ЧСС) та інших амплітудно-часових параметрів ЕКГ (амплітуди зубців Q, R, S та Т, відношення амплітуд R/S, тривалості зубця Q, комплексу QRS, інтервалів PQ та QT, симетрія зубця Т), обчисленням відношення зазначених показників одного стану до іншого, U 1 3 54185 виділяють діапазони тривалості періодів, обчислюють приріст потужностей хвиль при переходах від спокою до виконання проби і по співвідношенню кількостей отриманих сполучень кодів та величині відносного приросту ступеня напруженості оцінюють можливості ССС. Іншими словами, порівнюють параметри ритму R-R інтервалів (частоти серцевих скорочень - ЧСС) при пробі та у спокої. По напрямку і величині змін цих параметрів оцінюють функціональні можливості ССС. Недоліками зазначеного способу є те, що обчислюють лише кількісні параметри варіабельності ЧСС, які відображають тільки стан автономної нервової системи, а також те, що порівнюється RR 1 K1 * STmeas STinit STinit. STthresh . 2 де HR - ЧСС, N1-3 - кількість одиночних, групових екстрасистол, епізодів фібриляції, К1-3 вагові коефіцієнти (К1=1,49, К2=34,91, К3=73,68), STmeas(init, thresh) - поточний (початковий, пороговий) рівень ST сегменту, QTmeas(norm) - поточна (нормальна) тривалість QT інтервалу. Надійність узагальненого показника вище, ніж кожного окремого (ЧСС, N1,2,3, рівень ST сегменту, тривалість QT інтервалу). Проте, суттєвими недоліками даного способу є: 1) відсутність навантаження, 2) використано лише 5 показників, 3) не всі вони нормовані на ЧСС (лише останній доданок у (1)). Найближчим аналогом пропонованого способу є спосіб, у якому замість навантажувальної проби використана активна ортостатична проба [RU 2,210,406, А61В5/0452, Способ оценки функционального состояния сердечносо-судистой системы по ритмическому взаимодействию колебаний различных элементов электрокардиосигнала, Радченко А.С., 2003]. У ньому для оцінки функційного стану ССС неперервно реєструють ЕКГ в 1-му стандартному відведенні з моменту прийняття людиною вертикального положення тіла для визначення моменту закінчення перехідного процесу в кардіоритмі і далі протягом 3-х і більше хвилин для виділення ділянки запису ЕКГ, яка відповідає умовам стаціонарності та ергодичності. Вимірюють інтервали PQ, QT и ТР, їх вибірки оцінюють на стаціонарність та ступінь узгодженості на основі частотного, фазового і когерентного аналізу (автоспектри, взаємні, фазові спектри, спектри когерентності), а результати обчислень порівнюють зі стандартними значеннями. У такий спосіб аналізують ритмічні співвідношення різних елементів ЕКГ-сигналу, що дозволяє з високою точністю прогнозувати ступінь ефективності адаптивної реакції на циклічне фізичне навантаження без використання самого навантаження. Перевага полягає у застосуванні багатьох амплітудно-часових параметрів, оцінюванні їх взаємодії (узгодженості) щодо навантаження на основі обчислення різних типів спектрів, але: 1) немає нормування на ЧСС (хронотропної функції 4 стан фізіологічної проби зі станом спокою. Для вдосконалення способу необхідно: 1) збільшувати кількість параметрів; 2) застосовувати складніші відносні параметри, нормовані на ЧСС; 3) збільшувати кількість проб, наприклад, стан реституції. Ці недоліки частково усунуто в патенті US 6,656,125 В2 [А61В5/0452, System and process for analyzing a medical condition of a user, D. Misczynski, V. Bukhman et al, 2003], де вже застосовано багато параметрів, а висновок про медичний стан пацієнта роблять на основі узагальненого показника RR (1) QTmeas. 1 QTnorm . 2 N1 K 2 * N2 K 3 * N3 HR 2 (1) серця) та 2) стану реституції, 3) досить складні обчислення, 4) застосований лише для фізичного навантаження. Отже, недоліком відомого рівня техніки є відсутність загального способу оцінки фізіологічної ціни навантаження, який би: 1) ґрунтувався на багатосторонньому аналізі ЕКГ показників, нормованих на ЧСС, 2) порівнював стан навантаження зі станами як спокою, так і реституції, 3) призначений для навантаження різного типу (психоемоційного чи фізичного). Новизна пропонованої корисної моделі полягає в урахуванні пропорційності (узгодженості) змін амплітудно-часових параметрів ЕКГ зі змінами ЧСС як на максимумі навантаження, так і під час реституції. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу оцінки фізіологічної ціни психоемоційного чи фізичного навантаження на основі вивчення процесу адаптації серцевосудинної системи до навантаження. Поставлена задача досягається шляхом реєстрації ЕКГ серця людини в 1-му відведенні протягом не менш ніж 20-ти кардіоциклів послідовно в 3-х станах - стані спокою, на максимумі навантаження та після закінчення періоду реституції; обчислення усередненої частоти серцевих скорочень (ЧСС) та 10 кількісних ЕКГ параметрів (амплітуди зубців Q, R, S та Т, відношення амплітуд R/S, тривалості зубця Q, комплексу QRS, інтервалів PQ та QT, симетрія зубця Т), нормування їх на ЧСС, обчислення їх відношень для станів «максимум навантаження/стан спокою» та «максимум навантаження/ після закінчення періоду реституції»; оцінки ступеня фізіологічної ціни наростання (спадання) навантаження як низький, коли всі відносні показники менші 0,8 (більші 1,2), середній або високий - якщо не менш ніж один відносний показник знаходиться у діапазоні 0,8-1,2 або більший 1,2 (менший 0,8); формулювання висновку про те, що ступінь фізіологічної ціни навантаження низька (середня 5 чи висока), якщо обидві ціни низькі (не менш ніж одна зазначена ціна середня чи висока). Технічний результат полягає у можливості: 1) оцінки ступеня ціни навантаження згідно 3значної шкали; 2) оптимально керувати інтенсивністю навантаження для запобігання перенавантаження чи дезадаптації організму; 3) надавати рекомендації щодо допустимого рівня навантажень в різних умовах праці чи режимах тренувань, відповідно, в медицині праці та спортивній медицині. Короткий опис ілюстрацій: Таблиця 1 ступенів фізіологічної ціни фізичного напруження. Таблиця 2 ступенів фізіологічної ціни психоемоційного напруження. У числівнику (знаменнику) наведено відносні показники «навантаження/ спокій» («навантаження/реституція»). Позначення параметрів: Qa, Ra, Sa, Та - амплітуди зубців Q, R, S, Т, R/S відношення амплітуди зубця R до амплітуди зубця S, Qт, QRSт, PQт, QTт - тривалості зубця Q, комплексу QRS, інтервалів PQ та QT, Тсим - симетрія зубця Т. Основна реалізація пропонованого способу передбачає виконання проб з одночасною реєстрацією ЕКГ в 1-му відведенні тривалістю не менш ніж 20 ЕКГ кардіоциклів за допомогою програмно-технічного комплексу (ПТК) ФАЗАГРАФ (Міжн. наук.-навч. центр ІТІС НАНУ та МОНУ, Київ). Потім обчислюють ЧСС та амплітудночасові параметри ЕКГ сигналу: амплітуди зубців Q, R, S, Т, відношення амплітуд R/S, тривалості зубця Q, комплексу QRS, інтервалів PQ і QT, симетрію зубця Т. Зазначені кількісні параметри, крім симетрії зубця Т, оцінюють згідно стандартних методів, прийнятих в електрокардіографії [Виноградова Т.., Акулова Ф., Белоцерковский З. и др., Инструментальные методы исследования сердечнососудистой системы- М.:Медицина, 1986, 416 с.]. Симетрія зубця Т в основній реалізації визначається згідно методу аналізу ЕКГ у фазовому просторі [Чайковский И., Файнзильберг Л., Применение программно-аппаратного комплекса ФАЗАГРАФ в клинической практике и в домашних условиях. - Киев.МНУЦ ИТИС, 2008, 186 с.]. Реалізація способу включає виконання такої послідовності дій: 1) реєстрація ЕКГ в особи у стані спокою із записом даних в пам'ять ПК; 2) реєстрація ЕКГ в особи на максимумі фізичного чи психоемоційного навантаження із записом даних в пам'ять ПК; 3) реєстрація ЕКГ в особи у стані реституції (після відпочинку) із записом даних в пам'ять ПК; 4) обчислення набору усереднених кількісних параметрів для зазначених 3-х станів для кожної особи, нормованих на ЧСС; 5) обчислення відношення отриманих в п.4 нормованих показників «максимум навантаження/стан спокою»; 54185 6 6) обчислення відношення отриманих в п. 4 нормованих показників «максимум навантаження/ після закінчення періоду реституції»; 7) визначення ступеня фізіологічної ціни наростання навантаження згідно шкали - «низький», коли всі обчислені в п. 5 показники менше 0,8; «середній» («високий»), якщо хоч один відносний показник знаходиться у діапазоні 0,8-1,2 (більше 1,2); 8) визначення ступеня фізіологічної ціни спадання навантаження згідно шкали - «низький», коли всі обчислені в п. 6 показники більші 1,2; як середній (високий), якщо хоч один відносний показник знаходиться у діапазоні 0,8-1,2 (менше 0,8); 9) роблять висновок про ступінь фізіологічної ціни навантаження -«низький», якщо обчислені в п. 7-8 обидві ціни є низькими, «середній» («високий») - якщо хоч одна ціна є середньою (високою); 10) Роздруковують результати на принтер. Всі дії виконують із застосуванням комп'ютерної програми та відображенням інформації на дисплеї ПК. Результати експериментальних обстежень наведені в таблицях 1-2. В таблицях 1(2) наведено дані оцінки ступенів фізіологічної ціни фізичного (психоемоційного) напруження згідно 3-ної шкали на основі обстежень 27 (50) осіб. Як видно з таблиці 1, спортсмени найвищої кваліфікації демонструють низьку фізіологічну ціну фізичного навантаження. В той же час, спортсмени середньої кваліфікації демонструють середню фізіологічну ціну, а нетреновані здорові особи високу ціну. Отже, 3-на шкала оцінки ціни фізичного навантаження згідно пропонованого способу достовірно розділяє спортсменів різних кваліфікацій та нетренованих здорових осіб. Як видно з таблиці 2, здорові добровольці демонструють різну фізіологічну ціну у відповідь на психоемоційне навантаження різної інтенсивності. Так, низька ціна має місце при психоемоційному навантаженні низької інтенсивності (перегляді аудіовізуального кліпу), середня ціна - при психоемоційному навантаженні середньої інтенсивності (стандартне психофізіологічне тестування), а висока ціна - при високій інтенсивності (публічний виступ). Отже, 3-на шкала оцінки фізіологічної ціни психоемоційного навантаження відповідає рівню цього навантаження. Таким чином, пропонований спосіб дає можливість на основі порівняння відносних показників ЕКГ у 3-х послідовних станах (спокій, навантаження, реституція) (Табл. 1-2) оцінити ступені фізіологічної ціни навантаження згідно 3значної шкали для груп осіб різного рівня тренованості (спортсмени чи нетреновані) чи при різному рівні навантаження. Отриманий результат дає змогу у спортивній медицині керувати інтенсивністю навантаження для запобігання перенапруження чи дезадаптації організму з метою оптимізації тренувального процесу. Крім того, у медицині праці отриманий результат дає змогу надавати рекомендації щодо допустимого рівня навантажень в різних умовах праці. До переваг даного підходу відноситься також те, що він орієнтований на застосування відносно 7 54185 дешевого електрокардіографа. Наприклад, у основній реалізації застосовано ПТК ФАЗАГРАФ. Але спосіб також можна реалізувати з використанням інших електрокардіографів, що мають функції запису в пам'ять ПК. Крім того, в іншій реалізації можуть застосовуватися також й інші типи приладів, наприклад холтерівські монітори що не мають функції запису в пам'ять ПК, а накопичують дані на зовнішньому носієві даних з наступним записом у пам'ять ПК. В іншій реалізації способу замість 1-го ЕКГ відведення застосовують будь-яке інше. У ще одній реалізації симетрію зубця Т обчислюють, наприклад, як відношення максимальних похідних на зростаючому та спадаючому схилах зубця Т чи будь-яким іншим відомим способом. Ще в іншій реалізації, крім ЧСС, обчислюють параметри варіабельності ритму серця, наприклад, індекс напруження чи будь-який інший пара 8 метр варіабельності. У ще одній реалізації застосовують інші кількісні параметри ЕКГ сигналу, наприклад, коефіцієнти поліноміальної апроксимації кривої на протязі кардіоциклу, чи інші кількісні параметри. Конкретна реалізація способу у корисній моделі детально описана з метою ілюстрації. Зрозуміло, що на практиці, люди, досвідчені в кардіології та аналізі ЕКГ даних можуть внести деякі зміни і модифікації, наприклад, застосувати іншу ніж 20 кількість кардіоциклів, модифікувати шкалу, збільшивши чи зменшивши кількість ступенів ціни, межі інтервалів значень відносних показників інші, ніж 0,8 та 1,2, а також інтерпретацію градацій шкали, тобто ступенів ціни. Проте, ми вважаємо, що як наведені зміни і модифікації, так й інші, що можуть бути зроблені без суттєвих відхилень від даного способу, підпадають під дію даної корисної моделі. Таблиця 1 Показник Qa Ra Sa Ta R/S Qт QRSт PQт QТт Тсим Спортсмени найвищої кваліфікації 0,4/1,5 0,7/1,4 0,6/1,3 0,8/1,3 0,6/1,4 0,3/1,6 0,5/1,4 0,3/1,5 0,7/1,4 0,8/1,3 Група обстежених Спортсмени середньої кваліфікації 0,5/1,5 0,9/1,2 0,8/1,1 1/1,2 0,6/1,3 0,7/1,3 0,8/1,1 0,5/1,5 0,8/1,5 1,1/1,2 Нетреновані здорові волонтери 0,9/1,0 1,2/0,7 1,0/1,0 1,3/0,8 1,0/0,9 0,7/1,0 1,1/0,9 0,6/1,2 1,0/1,1 1,4/0,6 Таблиця 2 Показник Qa Ra Sa Ta R/S Qт QRSт PQт QТт Тсим Низький 0,2/1,7 0,6/1,4 0,8/1,3 0,8/1,3 0,6/1,3 0,2/1,5 0,7/1,5 0,3/1,6 0,7/1,4 0,7/1,4 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Рівень психоемоційного навантаження Середній 0,6/1,3 0,7/1,2 0,9/1,4 1/1,4 0,8/1,3 0,7/1,1 06,/1,2 0,4/1,4 0,7/1,9 0,8/1,1 Підписне Високий 1,1/0,8 1,3/0,8 0,7/1,2 1,5/0,7 0,8/1,1 0,9/0,9 0,7/1,3 0,8/0,9 1,0/1,1 1,6/0,6 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601