ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком

Классы МПК:A61B5/08 измерительные устройства для оценки состояния органов дыхания
A61B5/02 измерение пульса, частоты сердечных сокращений, давления или тока крови; одновременное определение пульса (частоты сердечных сокращений) и кровяного давления; оценка состояния сердечно-сосудистой системы, не отнесенная к другим рубрикам, например использование способов и устройств, рассматриваемых в этой группе в сочетании с электрокардиографией; сердечные катетеры для измерения кровяного давления
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-01-31
публикация патента:

Изобретение относится к медицине, а именно к спортивной, подводной и авиакосмической физиологии, и может быть использовано при определении количества потребления кислорода человеком при физических нагрузках. Для этого предварительно измеряют индекс Кердо и соответствующее ему потребление кислорода при разных уровнях физической нагрузки. На основании модели связи вегетативного индекса Кердо и количества потребления кислорода (в литрах в минуту): z=а1·х+a2·y+ a0, где z - задаваемое на измерительном устройстве значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин); определяют значения коэффициентов a 1, а2, a0. Количество потребления кислорода человеком определяют на основании измеренного индекса Кердо и значения мощности нагрузки по формуле способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885 , где a1, a2, a 0 - коэффициенты, значения которых предварительно определены. Способ позволяет адекватно оценить количество потребленного кислорода человеком при физической нагрузке без использования газоаналитической аппаратуры. 1 ил., 2 пр.

Рисунки к патенту РФ 2514885

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885

Изобретение относится к области математической биологии, а именно к спортивной, подводной и авиакосмической физиологии. Предлагаемая методика может быть использована как в спортивных и оздоровительных целях (например, при подготовке спортсменов), так и в целях подготовки и контроля персонала (экипажа), длительное время изолированно пребывающего по роду практической деятельности в условиях подводных и авиакосмических исследований, а также связанных с деятельностью человека, находящегося в экстремальных условиях.

Знание количества потребляемого человеком кислорода при разных видах деятельности является одним из важных инструментов исследования жизнедеятельности экипажей гермообъектов [Олизаров В.В. Системы обеспечения жизнедеятельности экипажей летательных аппаратов. Под ред. В.А. Боднера. М.: Издание ВВИА им. Н.Е. Жуковского. 1962. с.13] и оценки их работоспособности [Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. М.: Медицина. 1979. с.54]. Колебания изменений потребления кислорода на протяжении суток зависит от чередования разных нагрузок на человека, в том числе связанных с постуральными изменениями.

Известны разные инструментальные методы оценки потребления кислорода на уровне всего организма [Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта, Г.Тевса. В 3-х томах. Т.3, М.: Мир. 2010. с.660 - прототип]. Однако применение известных методов подразумевает обязательное наличие газоаналитической аппаратуры, калибровочного оборудования к ней, замену комплектующих, например датчиков, имеющих ограниченный срок хранения. В свою очередь, калибровочное оборудование включает наличие сосудов под высоким давлением, использование которых согласно содержанию требований норм к безопасности может быть недопустимо в условиях барокамер и других гермообъектов, включая космические летательные аппараты (КЛА). Кроме того, даже простая транспортировка баллонов с калибровочными газами под высоким давлением в труднодоступные места, например околоземное пространство, сопряжена с высоким риском и является дорогостоящей.

Изобретенный нами метод определения потребления кислорода человеком полностью исключает необходимость в транспортировке описанного выше оборудования в космос и другие труднодоступные места.

Известно также, что косвенные результаты измерений могут быть не менее точными, чем результаты прямых измерений. Такой подход в естествознании известен и описан [Бурмистров Г.А. Основы способа наименьших квадратов. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр. 1963. с.119-208; Агекян Т.А. Теория вероятностей для астрономов и физиков. Учебное пособие. М.: Наука. 1974. с.197; Мазмишвили А.И. Способ наименьших квадратов. М.: Недра. 1968. с.180-231].

Поэтому одним из перспективных направлений является изучение взаимосвязи физиологических параметров оптимального функционирования членов экипажей пилотируемых объектов [Шибанов Г.П. Обитаемость космоса и безопасность пребывания в нем человека. М.: Машиностроение. 2007. 544 с.; Ханин М.А., Дорфман Н.Л., Бухаров И.Б. и др. Экстремальные принципы в биологии и физиологии. М.: Наука. 1978. 256 с].

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового способа адекватной оценки количества потребляемого кислорода человеком без применения дорогостоящей газоаналитической аппаратуры на основании измерения физиологической характеристики вегетативной нервной системы и дозированной нагрузки на организм.

Достигаемым техническим результатом является определение количества потребленного кислорода человеком на основании измерения дозированной нагрузки на велоэргометре и индекса Кердо.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Строят модель связи вегетативного индекса Кердо и количества потребления кислорода (в литрах в минуту).

Для чего выполняют измерение индекса Кердо и соответствующего ему потребления кислорода при разных уровнях физической нагрузки: 0, 60, 75, 90 Вт и т.д. вплоть до максимального потребления кислорода.

В качестве модели зависимости нами найдена зависимость:

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885

где z - детерминированное, то есть заведомо задаваемое на измерительном устройстве (например, велоэргометре), значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин), a1, a2, a0 - линейные коэффициенты, значения которых находятся для конкретного испытуемого в лабораторных условиях методом наименьших квадратов.

Пример 1. Для испытателя К. уравнение связи в виде линейной функции двух переменных имеет вид:

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885

На фиг.1 представлена трехмерная графическая интерпретация модели (1.2) для испытателя К. Видна наиболее удобная для восприятия точка обзора. По оси абсцисс и ординат соответственно - индекс Кердо и потребление кислорода. По оси аппликат - нагрузка (Вт). Значения коэффициентов a1=23.06, a2 =82.7, a0=-28.2 найдены методом наименьших квадратов.

Модель (1.2) является индивидуальной характеристикой организма испытателя К. Для других испытателей с помощью лабораторных экспериментов использован метод наименьших квадратов, нужно найти их индивидуальные значения характеристик a1, a 2, a0.

2. Зная индивидуальную модель испытателя, и в других случаях, в которых измерение потребления кислорода невозможно или связано со значительными материальными затратами, потребление кислорода определяют по формуле (где значения коэффициентов a1, а2, а0 определены на этапе построения модели, см. п.1):

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885

Общий объем потребляемого кислорода испытателем вычисляется как

способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885

где a, b - зарегистрированные границы значений индекса Кердо, c, k - границы значений мощности нагрузки.

Метод расчета применим, в том числе, для состояния относительного покоя, в котором нагрузка считается равной нулю.

С помощью многомерного критерия Фишера-Снедекора нами в 2011-2012 гг. выполнена проверка адекватности метода на 30 практически здоровых испытуемых в ходе фоновых исследований экспериментов ГНЦ Института медико-биологических проблем РАН «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11» и «Аргон-12», одобренных Биоэтической комиссией института.

В результате проверки установлено, что вероятность ошибки метода близка к нулю (способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885 10-21). Нами установлено, что среди испытателей экспериментов максимальное зарегистрированное потребление кислорода было 4.7 л/мин. У спортсменов экстра-класса этот показатель может достигать 6 л/мин.

В результате численной апробации моделей в экспериментах «Марс-500», «Гелий-11», «Аргон-11» и «Аргон-12» установлено, что разработанная методика является достаточно точной для решения задач жизнеобеспечения экипажей КЛА.

Пример 2. Из измерений на велоэргометре известно, что у испытателя эксперимента «Гелий-11» К при значении нагрузки 210 Вт значение индекса Кердо составило +0.41.

Определяем: способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885 - соответствующее потребление кислорода.

Вместе с тем известно, что в результате измерений данный испытатель при нагрузке 210 Вт и индексе Кердо +0.41 потреблял кислорода 2.92 л/мин. То есть, предсказанный с помощью модели результат, найденный без выполнения измерений газоаналитической аппаратурой количества потребляемого кислорода, 2.76 л/мин, незначительно отличается от зарегистрированного инструментально результата 2.92 л/мин.

Вывод. Зная модель (1.1) с найденными методом наименьших квадратов значениями коэффициентов a1 , а2, а0 для данного испытателя, измерения потребляемого им кислорода можно не выполнять, а предсказать заранее достаточно точно. Этим методом можно воспользоваться, например, на борту КЛА, где длительное измерение потребляемого кислорода сопряжено со значительными техническими и экономическими трудностями. Наш же способ позволит, в том числе, индивидуально косвенно мониторировать потребление кислорода на борту МКС без применения газоаналитической аппаратуры.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения количества потребления кислорода человеком при физических нагрузках, заключающийся в том, что предварительно измеряют индекс Кердо и соответствующее ему потребление кислорода при разных уровнях физической нагрузки на основании модели связи вегетативного индекса Кердо и количества потребления кислорода (в литрах в минуту): z=а1·х+a 2·y+a0, где z - задаваемое на измерительном устройстве значение мощности нагрузки, х - измеряемое значение вегетативного индекса Кердо, y - отклик организма в виде количества потребляемого кислорода (л/мин); определяют значения коэффициентов a1, а2, a0 ; впоследствии количество потребления кислорода человеком определяют на основании измеренного индекса Кердо и значения мощности нагрузки по формуле способ непрямой оценки потребления кислорода человеком, патент № 2514885 , где a1, a2, a 0 - коэффициенты, значения которых предварительно определены.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2514885

patent-2514885.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A61B5/08 измерительные устройства для оценки состояния органов дыхания

Патенты РФ в классе A61B5/08:
способ акустической диагностики очаговых образований в легких человека -  патент 2528653 (20.09.2014)
способ капнометрического определения уровня энерготрат покоя у человека (варианты) -  патент 2527845 (10.09.2014)
способ определения фазы сна человека, благоприятной для пробуждения -  патент 2522400 (10.07.2014)
способ выбора лечебной тактики при сочетанной травме груди и сегментов конечностей -  патент 2521355 (27.06.2014)
способ лечения срединных стенозов гортани паралитической этиологии -  патент 2518679 (10.06.2014)
устройство для измерения частоты дыхания -  патент 2516388 (20.05.2014)
система и способ обнаружения респираторной недостаточности дыхания субъекта -  патент 2515401 (10.05.2014)
медицинское детекторное устройство для обнаружения апноэ и/или гипопноэ во сне -  патент 2512821 (10.04.2014)
способ оценки состояния легочного сурфактанта -  патент 2500347 (10.12.2013)
способ прогнозирования длительности искусственной вентиляции легких у пациентов с синдромом острого легочного повреждения -  патент 2497442 (10.11.2013)

Класс A61B5/02 измерение пульса, частоты сердечных сокращений, давления или тока крови; одновременное определение пульса (частоты сердечных сокращений) и кровяного давления; оценка состояния сердечно-сосудистой системы, не отнесенная к другим рубрикам, например использование способов и устройств, рассматриваемых в этой группе в сочетании с электрокардиографией; сердечные катетеры для измерения кровяного давления

Патенты РФ в классе A61B5/02:
способ оценки вегетативной регуляции деятельности системы кровообращения -  патент 2526257 (20.08.2014)
способ прогнозирования уровня адаптации горноспасателей к индивидуальным средствам защиты -  патент 2524770 (10.08.2014)
способ определения риска возникновения сердечно-сосудистых осложнений у больных хронической ишемической болезнью сердца в течение ближайших 3 лет -  патент 2524417 (27.07.2014)
способ экспресс-оценки функционального состояния артериального сосудистого русла -  патент 2523680 (20.07.2014)
способ физической реабилитации больных ишемической болезнью сердца после хирургического лечения с использованием бальных танцев -  патент 2519977 (20.06.2014)
устройство для пульсовой диагностики -  патент 2519629 (20.06.2014)
способ диагностики нарушения сократимости муфт легочных вен после процедуры радиочастотной аблации -  патент 2518926 (10.06.2014)
способ обезболивания после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава при деформирующих коксартрозах -  патент 2515754 (20.05.2014)
способ профилактики развития мозговых нарушений и осложнений сердечно-сосудистых заболеваний в предгипертоническом состоянии -  патент 2515482 (10.05.2014)
способ определения объема проведения курса кардиореспираторного тренинга у пациентов в ранние сроки неосложненного инфаркта миокарда -  патент 2511470 (10.04.2014)


Наверх