Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок
Пошук шляхів підвищення індивідуальної адаптації організму спортсменів до великих психоемоційних та фізичних навантажень є найбільш актуальною задачею спорту вищих досягнень. Один із шляхів її розв’язку — застосування методу нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування (ІГТ), запропонованого...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2020
|
| Schriftenreihe: | Проблемы управления и информатики |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208672 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок / Н.И. Аралова, Л.Я.-Г. Шахлина, С.М. Футорный, С.В. Калитка // Проблемы управления и информатики. — 2020. — № 1. — С. 134-148. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-208672 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-2086722025-11-04T01:07:29Z Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок Інформаційні технології обґрунтування оптимального курсу інтервального гіпоксичного тренування у практиці спортивної підготовки висококваліфікованих спортсменок Information technologies of grounding of optimal course of interval hypoxic training in practice of sports training of highly qualified sportswomen Аралова, Н.И. Шахлина, Л.Я.-Г. Футорный, С.М. Калитка, С.В. Управление в экономических и биологических системах Пошук шляхів підвищення індивідуальної адаптації організму спортсменів до великих психоемоційних та фізичних навантажень є найбільш актуальною задачею спорту вищих досягнень. Один із шляхів її розв’язку — застосування методу нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування (ІГТ), запропонованого А.З. Колчинською як нетрадиційний комбінований засіб підвищення ефективності тренувального процесу у спорті. Комбінований метод передбачає проведення курсу нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування на фоні планового тренувального процесу, що має особливе значення при спортивному тренуванні жінок. Особливу увагу приділено дослідженню впливу гормонального статусу на функціональну систему дихання (ФСД), на особливості кисневих режимів організму (КРО) в різні фази циклу. Спортсмен високого класу потребує індивідуального підбору режимів ІГТ. Суттєву допомогу при плануванні тренувального процесу і гіпоксичного тренування можуть надати математичні моделі функціональної системи дихання, які дозволяють в динаміці дихального циклу визначити ступінь адаптованості організму до гіпоксії та кумулятивний ефект від сумісного застосування планового тренувального процесу та інтервального гіпоксичного тренування, формалізувати критерії раціональності режимів ІГТ та побудувати алгоритми їх вибору з урахуванням індивідуальних особливостей організму людини. Пропонується комплекс математичного, алгоритмічного та програмного забезпечення, який дозволяє за допомогою математичної моделі функціональної системи дихання імітувати процес інтервального гіпоксичного тренування і з урахуванням індивідуалізації моделі науково обґрунтувати вибір режимів ІГТ (склад газової суміші та час впливу) для конкретного спортсмена. Finding ways to improve the individual adaptation of the body of athletes to great psychoemotional and physical stress is the most urgent task of the sport of higher achievements. One of the ways to solve it is to use the method of normobaric interval hypoxic training (IHT), proposed by A.Z. Kolchinskaya as an unconventional combined means of increasing the effectiveness of the training process in sports. The combined method involves conducting a course of normobaric interval hypoxic training on the background of the planned training process, which focuses on studying the effect of the hormonal status on the functional respiratory system (FRS), on the features of the body oxygen regimes (BOR) in different phases of the menstrual cycle. It is natural to assume that a high-class athlete is an individuality, therefore he needs an individual selection of IHT. A mathematical model of the functional respiratory system can significantly assist the planning of the training process and hypoxic training, which allows determining the degree of adaptation of the organism to hypoxia in the dynamics of the respiratory cycle and determine the cumulative effect of the combined use of a planned training process and interval hypoxic training, formalize the criteria of rationality of IHT modes and build algorithms for their choice, taking into account the individual characteristics of the human body. A complex of mathematical, algorithmic and software is proposed, which allows using the mathematical model of the functional respiratory system to simulate the process of interval hypoxic training and, taking into account the model individualization, scientifically justify the choice of IHT modes (gas mixture composition and exposure time) for a specific athlete. 2020 Article Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок / Н.И. Аралова, Л.Я.-Г. Шахлина, С.М. Футорный, С.В. Калитка // Проблемы управления и информатики. — 2020. — № 1. — С. 134-148. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208672 519.8.812.007 10.1615/JAutomatInfScien.v52.i1.50 ru Проблемы управления и информатики application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Управление в экономических и биологических системах Управление в экономических и биологических системах |
| spellingShingle |
Управление в экономических и биологических системах Управление в экономических и биологических системах Аралова, Н.И. Шахлина, Л.Я.-Г. Футорный, С.М. Калитка, С.В. Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок Проблемы управления и информатики |
| description |
Пошук шляхів підвищення індивідуальної адаптації організму спортсменів до великих психоемоційних та фізичних навантажень є найбільш актуальною задачею спорту вищих досягнень. Один із шляхів її розв’язку — застосування методу нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування (ІГТ), запропонованого А.З. Колчинською як нетрадиційний комбінований засіб підвищення ефективності тренувального процесу у спорті. Комбінований метод передбачає проведення курсу нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування на фоні планового тренувального процесу, що має особливе значення при спортивному тренуванні жінок. Особливу увагу приділено дослідженню впливу гормонального статусу на функціональну систему дихання (ФСД), на особливості кисневих режимів організму (КРО) в різні фази циклу. Спортсмен високого класу потребує індивідуального підбору режимів ІГТ. Суттєву допомогу при плануванні тренувального процесу і гіпоксичного тренування можуть надати математичні моделі функціональної системи дихання, які дозволяють в динаміці дихального циклу визначити ступінь адаптованості організму до гіпоксії та кумулятивний ефект від сумісного застосування планового тренувального процесу та інтервального гіпоксичного тренування, формалізувати критерії раціональності режимів ІГТ та побудувати алгоритми їх вибору з урахуванням індивідуальних особливостей організму людини. Пропонується комплекс математичного, алгоритмічного та програмного забезпечення, який дозволяє за допомогою математичної моделі функціональної системи дихання імітувати процес інтервального гіпоксичного тренування і з урахуванням індивідуалізації моделі науково обґрунтувати вибір режимів ІГТ (склад газової суміші та час впливу) для конкретного спортсмена. |
| format |
Article |
| author |
Аралова, Н.И. Шахлина, Л.Я.-Г. Футорный, С.М. Калитка, С.В. |
| author_facet |
Аралова, Н.И. Шахлина, Л.Я.-Г. Футорный, С.М. Калитка, С.В. |
| author_sort |
Аралова, Н.И. |
| title |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| title_short |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| title_full |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| title_fullStr |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| title_full_unstemmed |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| title_sort |
информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2020 |
| topic_facet |
Управление в экономических и биологических системах |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208672 |
| citation_txt |
Информационные технологии обоснования оптимального курса интервальной гипоксической тренировки в практике спортивной подготовки высококвалифицированных спортсменок / Н.И. Аралова, Л.Я.-Г. Шахлина, С.М. Футорный, С.В. Калитка // Проблемы управления и информатики. — 2020. — № 1. — С. 134-148. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| series |
Проблемы управления и информатики |
| work_keys_str_mv |
AT aralovani informacionnyetehnologiiobosnovaniâoptimalʹnogokursaintervalʹnojgipoksičeskojtrenirovkivpraktikesportivnojpodgotovkivysokokvalificirovannyhsportsmenok AT šahlinalâg informacionnyetehnologiiobosnovaniâoptimalʹnogokursaintervalʹnojgipoksičeskojtrenirovkivpraktikesportivnojpodgotovkivysokokvalificirovannyhsportsmenok AT futornyjsm informacionnyetehnologiiobosnovaniâoptimalʹnogokursaintervalʹnojgipoksičeskojtrenirovkivpraktikesportivnojpodgotovkivysokokvalificirovannyhsportsmenok AT kalitkasv informacionnyetehnologiiobosnovaniâoptimalʹnogokursaintervalʹnojgipoksičeskojtrenirovkivpraktikesportivnojpodgotovkivysokokvalificirovannyhsportsmenok AT aralovani ínformacíjnítehnologííobgruntuvannâoptimalʹnogokursuíntervalʹnogogípoksičnogotrenuvannâuprakticísportivnoípídgotovkivisokokvalífíkovanihsportsmenok AT šahlinalâg ínformacíjnítehnologííobgruntuvannâoptimalʹnogokursuíntervalʹnogogípoksičnogotrenuvannâuprakticísportivnoípídgotovkivisokokvalífíkovanihsportsmenok AT futornyjsm ínformacíjnítehnologííobgruntuvannâoptimalʹnogokursuíntervalʹnogogípoksičnogotrenuvannâuprakticísportivnoípídgotovkivisokokvalífíkovanihsportsmenok AT kalitkasv ínformacíjnítehnologííobgruntuvannâoptimalʹnogokursuíntervalʹnogogípoksičnogotrenuvannâuprakticísportivnoípídgotovkivisokokvalífíkovanihsportsmenok AT aralovani informationtechnologiesofgroundingofoptimalcourseofintervalhypoxictraininginpracticeofsportstrainingofhighlyqualifiedsportswomen AT šahlinalâg informationtechnologiesofgroundingofoptimalcourseofintervalhypoxictraininginpracticeofsportstrainingofhighlyqualifiedsportswomen AT futornyjsm informationtechnologiesofgroundingofoptimalcourseofintervalhypoxictraininginpracticeofsportstrainingofhighlyqualifiedsportswomen AT kalitkasv informationtechnologiesofgroundingofoptimalcourseofintervalhypoxictraininginpracticeofsportstrainingofhighlyqualifiedsportswomen |
| first_indexed |
2025-11-04T02:09:58Z |
| last_indexed |
2025-11-05T02:08:39Z |
| _version_ |
1847914418028937216 |
| fulltext |
© Н.И. АРАЛОВА, Л.Я.-Г. ШАХЛИНА, С.М. ФУТОРНЫЙ, С.В. КАЛИТКА, 2020
134 ISSN 0572-2691
УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ
И БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УДК 519.8.812.007
Н.И. Аралова, Л.Я.-Г. Шахлина, С.М. Футорный, С.В. Калитка
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КУРСА
ИНТЕРВАЛЬНОЙ ГИПОКСИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКИ
В ПРАКТИКЕ СПОРТИВНОЙ ПОДГОТОВКИ
ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СПОРТСМЕНОК
Ключевые слова: нормобарическая интервальная гипоксическая трениров-
ка (ИГТ), математическая модель функциональной системы дыхания, выбор
режимов ИГТ, адаптация организма спортсмена.
Введение. В настоящее время горная тренировка рассматривается не столько
как фактор успешной подготовки к соревнованиям, проводимым в горной местно-
сти, сколько как эффективное средство повышения функциональных резервов и
достижения более высокого уровня адаптированности организма спортсменов
для последующих успешных выступлений в соревнованиях в местностях, рас-
положенных над уровнем моря [1]. Дополнительным стимулом к поиску путей
повышения адаптации спортсменов к гипоксической гипоксии стали успешные
выступления спортсменов, длительно проживающих и тренирующихся в усло-
виях среднегорья и высокогорья на стайерских дистанциях [2].
Сложность организации учебно-тренировочных сборов в горах, где не всегда
имеются условия для полноценной спортивной подготовки, необходимость более
длительного пребывания в горах для полной адаптации к горному климату, по
сравнению со сроками обычных тренировочных сборов, для восстановления рабо-
тоспособности, недостаточность научного обоснования построения тренировоч-
ного процесса в горных условиях для достижения требуемого уровня акклимати-
зации и зависящих от него уровней работоспособности привело к поиску иных
путей решения этой задачи. Одним из них оказалась нормобарическая интерваль-
ная гипоксическая тренировка [3] на фоне непрекращающегося тренировочного
процесса.
Механизмы компенсации гипоксической гипоксии и гипоксии нагрузки раз-
личны [4]. При аддитивном воздействии этих двух типов гипоксии, как это про-
исходит при переезде спортсменов в горы, в тканях увеличивается количество
участков с тканевой гипоксией, резко ухудшается состояние функциональной сис-
темы дыхания (ФСД), снижается не только эффективность работы компенсатор-
ных механизмов, ответственных за борьбу за кислород, но и работоспособность
и аэробная производительность, в связи с чем объем и особенно интенсивность
тренировочных нагрузок при проведении сбора в горах необходимо уменьшать.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 135
В [1] отмечается, что интенсивность тренировочных нагрузок в горах так и не по-
вышается до уровня равнины. При отсутствии полноценных условий для трени-
ровок могут возникнуть дополнительные трудности в развитии специальной ра-
ботоспособности и тактико-технической подготовленности.
При раздельном воздействии гипоксическая гипоксия и гипоксия нагрузки
при работе физиологических механизмов, компенсирующих эти два типа гипок-
сии, не наслаиваются, а дополняют друг друга, что позволяет тренироваться по
плану, не снижая объемы и интенсивность тренировочных нагрузок. В результате
создаются более благоприятные условия для улучшения состояния ФСД, повы-
шения аэробной производительности, развития общей и специальной работоспо-
собности, что во многом определяет возможность повышения спортивных резуль-
татов [1].
Проблема адаптации организма спортсменов к большим физическим и пси-
хоэмоциональным нагрузкам в спорте высших достижений является одной из ак-
туальнейших в современной практике спортивной подготовки. В современном
спорте высших достижений тренировочные нагрузки достигли таких величин, что
их воздействие на организм находится на грани предельных возможностей инди-
видуальной адаптации [5, 6]. Адаптация организма к физическим нагрузкам и по-
ниженному содержанию кислорода во вдыхаемом воздухе является одной из ак-
туальных проблем спортивной физиологии и медицины.
Развитие математической теории оптимального управления, численных ме-
тодов оптимизации, стремительный прогресс в развитии высокопроизводитель-
ных компьютеров создали теоретический и инструментальный базис для построе-
ния и анализа математических моделей процессов регулирования основных функ-
циональных и физиологических систем организма. Формализация процессов
регуляции в живых системах приводит к задачам оптимального управления суще-
ственно нелинейными динамическими системами большой размерности. Поэтому
изучение свойств этих процессов осуществляется с помощью вычислительных
экспериментов с соответствующими математическими моделями, а это требует
применения алгоритмов и методов оптимизации. Проведенные математические
исследования позволили не только сформулировать новые математические моде-
ли саморегуляции в живых системах, но и создали аппарат для эффективного чис-
ленного анализа этих процессов, решения важных прикладных задач физиологии
и спортивной медицины.
Следует подчеркнуть, что особенности адаптации организма женщин к физи-
ческим и психическим нагрузкам, к недостатку кислорода во вдыхаемом воздухе,
к различным климатическим условиям изучаются недостаточно, несмотря на то
что в современном обществе женщины работают практически во всех отраслях
науки и техники, активно занимаются спортом, наравне с мужчинами преодоле-
вают предельно возможные тренировочные нагрузки не только на уровне моря, но
и в горных условиях.
Постановка задачи. Интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ), как и
другие виды гипоксических воздействий, основывается на реакции организма на
снижение парциального давления кислорода )( 2pO во вдыхаемом воздухе. Эта
реакция зависит от пола, возраста, степени адаптированности организма к низко-
му ,2pO его генетически предопределенных индивидуальных особенностей, от
силы и длительности действия гипоксического раздражителя — градиента сниже-
ния 2pO и длительности вдыхания смеси с низким .2pO
Выдвинутая А.З. Колчинской [4] концепция о вторичной тканевой гипоксии,
согласно которой тканевая гипоксия имеет место только при субкомпенсирован-
136 ISSN 0572-2691
ной, декомпенсированной и терминальной степенях и является необязательным
признаком гипоксического состояния тканей, позволяет разграничить повреж-
дающий и созидательный тренирующий эффекты гипоксического воздействия.
Это, в свою очередь, дает возможность, используя математические модели ФСД,
формализовать критерии рациональности режимов ИГТ и построить алгоритмы
их выбора с учетом индивидуальных особенностей организма человека. На осно-
вании богатого фактического материала и анализа математических моделей ФСД
в настоящее время установлено, что компенсация гипоксии в организме осущест-
вляется регуляторными физиологическими механизмами [7, 8], направленными на
уменьшение артериальной гипоксемии и поддержание скорости поступле-
ния кислорода в легкие путем увеличения минутного объема дыхания (МОД). Это
происходит за счет учащения дыхания, увеличения дыхательной поверхности
альвеол при более глубоком дыхании, возрастания диффузионной способности
легких, уменьшения шунтирования крови в легких;
обеспечение скорости массопереноса кислорода артериальной кровью от
легких к тканям путем увеличения кислородной емкости крови за счет повыше-
ния содержания в ней гемоглобина и его способности присоединять кислород, от-
давать его тканям и увеличения объемной скорости системного кровотока;
обеспечение клеток оптимальным количеством кислорода путем увеличе-
ния микроциркуляции крови в тканях, укорочения расстояния диффузии кислоро-
да из крови в клетки и увеличения запасов кислорода в результате повышения
миоглобина в мышцах;
повышение способности клетки утилизировать кислород при его низком
напряжении в крови путем увеличения количества митохондрий, их дыхательных
ансамблей, активности дыхательных ферментов и антиоксидантной системы.
Все эти механизмы компенсации гипоксии направлены на кратковременную
адаптацию к изменившимся условиям окружающей среды. В математической моде-
ли ФСД [9] они представлены исполнительными органами самоорганизации систе-
мы дыхания — функции дыхательных мышц (изменение вентиляции легких ),AV
сердечной мышцы (изменение объемной скорости системного кровотока ),Q
гладких мышц сосудов тканей (перераспределение кровотока среди тканевых ре-
гионов ,
it
Q )QQ
it
i
и организации тканевого дыхания (изменение 2Oq
it
в за-
висимости от 2Op
ict в притекающей крови).
Цель работы. Исследовать на математической модели функциональной сис-
темы дыхания квалифицированных спортсменок возможные компенсаторные ре-
акции при имитации интервальной гипоксической тренировки.
Математическая модель функциональной системы дыхания. Применяя
системный подход для описания процесса массопереноса респираторных газов в
организме, представим систему дыхания в виде управляемой системы, в которой
осуществляется массоперенос кислорода, углекислого газа и азота, и управляю-
щей, которая вырабатывает определенные воздействия, обеспечивающие нор-
мальное течение процесса массопереноса газов [10–12]. Математическая модель
управляемой части системы дыхания в [9] представляется системой обыкновен-
ных дифференциальных уравнений, описывающих динамику напряжений кисло-
рода на всех этапах его пути в организме.
Для наглядности изложения приведем ту часть модели, которая относится к
системе крови, тканевых капилляров и тканевой жидкости органов. Пусть ,2Opa
,2COpa 2Npa — напряжения респираторных газов в артериальной крови, ,2Opv
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 137
,2COpv 2Npv — смешанной венозной, ,2Oplc ,2COplc 2Nplc — крови ле-
гочных капилляров, ,2Op
ict ,2COp
ict 2Np
ict — крови тканевых капилляров и
,2Op
it
,2COp
it
2Np
it
— тканевой жидкости.
)((
)(
1
221
2
1
2
OpOpQ
Op
HbV
d
Odp
ii
i
i
i
i
ctat
ct
ct
ct
ct
),)( 2OGQHb
iii tctat (1)
)((
)(
1
222
2
21
2
COpCOpQ
COp
z
BHV
d
COdp
ii
i
i
i
i
ctat
ct
ct
BHct
ct
),)1(() 22
i
iiii
ct
ctHbctttattBH VHbQCOGzQHbQBH (2)
),(
1
22323
3
2
NGQNpNpQ
Vd
Ndp
iiii
i
i
ttctat
ct
ct
(3)
),(
)(
1
22
2
1
2
OqOG
Op
MbV
d
Opd
ii
i
i
i
i
tt
t
t
Mbt
t
(4)
),(
1
22
2
2
COqCOG
Vd
COdp
ii
i
i
tt
t
t
(5)
,
3
22
i
ii
t
tt
V
NG
d
Ndp
(6)
где
),12,0(exp75,0)052,0(exp75,11 22 OpmOpm
iiiii ctctctctct (7)
,1)4,7(25,0
ii ctct pHm (8)
,lg1,6
22 COp
BH
pH
i
i
ct
ct
(9)
.
352
2
COp
COp
z
i
i
i
ct
ct
ct (10)
В (1)–(10) ,1 ,2 ,3 ,1 it
,2 it
it3 — коэффициенты растворимости
респираторных газов в крови и околотканевой жидкости;
it
Q — объемная ско-
рость системного кровотока в капиллярном русле тканевого резервуара ;it ,
ictV
it
V — объемы крови и тканевой жидкости соответственно; Hb — гемоглобин
крови; Mb — миоглобин тканей; BH — остаток буферных оснований.
Тканевая кровь, которая частично отдала кислород и насытилась углекислым
газом, за счет циркуляции возвращается к легким, где во время очередного дыха-
138 ISSN 0572-2691
тельного цикла осуществляется ее обогащение кислородом и вымывание углеки-
слоты. Уравнения напряжений респираторных газов для смешанной венозной
крови имеют вид
vvctt
t
v
v
v
v QHbOpQOpQ
Op
HbV
d
Odp
i
i
221
2
1
2 1
, (11)
vBHcttBH
t
vt
t
v
v
BHv
v
zQBHzQBH
COQpQ
COp
z
BHV
d
COdp
ii
i
i
i
22
22
2
2
2 1
,)1()1(
i
i
ii
i
ct
ct
t
HbvHbvv
t
Hbct VHbzQHbzQHb (12)
iii
i
tvctt
tv
v QNpNpQ
Vd
Ndp
2323
3
2 1
. (13)
Система (1)–(13) при заданных ,V ,Q
it
Q описывает изменения парциальных
давлений и напряжений респираторных газов в крови и тканевых жидкостях ре-
гионов и органов во время дыхательного цикла, — степень насыщения гемо-
глобина кислородом, Q — объемная скорость системного и
it
Q — локальных
кровотоков, 2Oq
it
— скорость потребления кислорода i-м тканевым резервуаром,
2COq
it
— скорость выделения углекислого газа в i-м тканевом резервуаре. Ско-
рости 2OG
it
потока кислорода из крови в ткань и 2COG
it
углекислого газа из
ткани в кровь определяются соотношением
),(
iiiii tctttt ppSDG (14)
где
it
D — коэффициенты проницаемости газов через аэрогематический барьер,
it
S — площадь поверхности газообмена.
Целью управления [10] является вывод возмущенной системы в стационар-
ный режим, при котором выполняются соотношения
,122 OqOG
ii tt ,222 COqCOG
ii tt (15)
где ,1 2 — заранее заданные достаточно малые положительные числа. При
этом на управляющие параметры накладываются ограничения
,0 maxVV ,0 maxQQ ,0 QQ
it
,
1
QQ
it
m
i
(16)
где m — количество тканевых резервуаров в организме.
Кроме того, для разрешения конфликтной ситуации между исполнительными
органами регуляции (дыхательными мышцами, сердечными мышцами и гладкими
мышцами сосудов), являющимися в то время потребителями кислорода, и осталь-
ными тканями и органами [9, 12] введены соотношения
),(2.. VfOq mscel ),(2.. QOq mheart ).(2.. QOq msmoth (17)
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 139
В качестве критерия регуляции рассматриваем функционал
,)()(min
0
max
max
2
222
2
221
0
0
dCOqCOGOqOGI
T
tt
t
ttt
t
t
QQ
VV
ii
i
iii
i
i
it
(18)
где 0 — момент начала воздействия возмущения на систему, T — длительность
этого воздействия, 1 и 2 — коэффициенты, характеризующие чувствитель-
ность конкретного организма к гипоксии и гиперкапнии,
it
— коэффициенты,
отражающие морфологические особенности отдельного тканевого резервуара i,
.,1 mi
При таком управлении минимизируются общие затраты кислорода в орга-
низме и в каждом тканевом регионе, а также накопление углекислого газа.
При возмущениях внутренней и внешней среды математическая модель (1)–(18)
имитирует разрешение конфликтной ситуации между тканями исполнительных и
управляющих органов регуляции в борьбе за кислород [13, 14] в виде перераспре-
деления кровотока.
Пусть в момент времени 0 резко увеличилась интенсивность работы группы
скелетных мышц. В модели это отражается увеличением скорости потребления кисло-
рода 2.. Oq mscel и продуцированием углекислого газа :2.. COq mscel )( 02.. Oq mscel
).( 02./ Oq mscel Если система до момента времени 0 находилась в равно-
весии, то )()( 02./02.. OGOG mscelmscel и потребуется значительное увели-
чение кровотока в скелетной мышце для компенсации градиента )( 02.. OG mscel
).( 02.. Oq nscel Это осуществляется двумя путями [15].
1. Не изменяя величины системного кровотока ,Q перераспределить крово-
ток по тканям. В этой ситуации возникает конфликт между скелетными мышца-
ми, работа которых потребовала усиления кровотока различными тканевыми ре-
гионами, у которых вследствие этого нарушается равновесие. Разрешение этой
конфликтной ситуации состоит в том, что все ткани недополучат соответствую-
щего кислородному запросу количества кислорода.
2. Рост кровотока в тканях возможен за счет увеличения объемной скорости
системного кровотока .Q В этом случае увеличивается интенсивность работы
мышцы сердца, ее кислородный запрос, и тогда в ней развивается кислородная
недостаточность. Таким же образом кислородная недостаточность возникает в
мышце сердца при компенсации гипоксии за счет работы дыхательных мышц, ин-
тенсификация работы которых увеличивает вентиляцию легких.
Критерий качества регуляции (18) учитывает оба стимула регуляции дыхания —
гипоксический, направленный на компенсацию недостатка кислорода, и гипер-
капнический, направленный на вывод из организма избытка углекислого газа. За-
дача сводится к поиску оптимальных управляющих воздействий ,V Q и .
it
Q
Особенности применения математической модели ФСД для выбора ре-
жимов ИГТ. Степень адаптированности организма к гипоксии очень хорошо со-
гласуется с динамикой изменения коэффициентов чувствительности i в модели
управления ФСД [9]. Так, если принять, что 11 для остро реагирующих на ги-
поксию индивидуумов, а 01 для практически не реагирующих (что весьма
опасно для жизни), то в процессе адаптации человека к гипоксии 1 уменьшается,
140 ISSN 0572-2691
и если в этом процессе не происходит уменьшения 2Op
it
до значений, ниже кри-
тических, можно считать адаптацию успешной. Аналогичные рассуждения при-
водят и к выявлению роли 2 в процессе краткосрочной адаптации.
Реально найти значения коэффициентов 1 и 2 можно лишь в результате
постановки серии вычислительных экспериментов с моделями ФСД при извест-
ных параметрах системы внешнего дыхания и кровообращения. Однако косвенно
о динамике и в процессе ИГТ можно судить по изменению V и Q от сеанса ИГТ
к очередному сеансу, от курса лечения к очередному курсу. Действительно, как
установлено экспериментально и теоретически, реакция организма на снижение
2pO в дыхательной смеси выражается в увеличенном значении вентиляции V и
объемной скорости системного кровотока Q (увеличивается частота и глубина
дыхания, наблюдается брадикардия).
Однако если гипоксическое воздействие длится на протяжении несколь-
ких суток (в горах), практически происходит возврат значений этих важней-
ших параметров кардиореспираторной системы к таким, которые они имели в
условиях нормоксии и нормобарии (на равнине). Этот факт обычно связывают
с адаптацией организма к гипоксии, поскольку происходит экономизация ре-
жимов системы внешнего дыхания и кровообращения в условиях гипоксичес -
кой гипоксии.
Расчеты на математических моделях ФСД показывают, что такой экономиза-
ции можно достичь лишь при снижении коэффициента чувствительности орга-
низма к гипоксии (недостатку кислорода). Установлено также, что адаптация к
гипоксии может не наступить, когда 2pO в дыхательной смеси меньше 4 %. Из-
вестны и причины — содержание кислорода в артериальной крови резко падает,
регуляторные возможности организма в таких условиях ограничены и напряже-
ние кислорода в тканевых регионах становится ниже критических уровней. Эти
особенности реакции организма на гипоксию положены в основу алгоритмов вы-
бора оптимальных режимов ИГТ.
Работе по выбору режимов ИГТ предшествует этап обследования организма.
Определяются объективные данные о функциональном состоянии субъекта —
минутный объем дыхания и его составляющие, такие как частота дыхания и ды-
хательный объем легких, частота сердечных сокращений и объемная скорость
кровотока в покое и при физических нагрузках различной интенсивности, газовый
состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха. При лечении определяются клини-
ческие данные, являющиеся исходными для решения задачи индивидуализации
математической модели ФСД, суть которой — определение коэффициентов чув-
ствительности и коэффициентов ,i отражающих функциональные и струк-
турно-морфологические особенности индивидуума. Процедура ИГТ состоит из
определенных курсов тренировки, каждый из которых включает в себя чередую-
щиеся друг за другом периоды гипоксического воздействия, определенную дли-
тельность этого воздействия, а также последующий за ним нормоксический сеанс.
В связи с тем, что процедура ИГТ не должна приводить ни на одном из сеан-
сов гипоксического воздействия к снижению 2Op
it
до уровней ниже критических
(в тканях мозга 2pO 30 мм рт.ст.), длительность h гипоксического воздействия
зависит от содержания кислорода в дыхательной смеси: ),,( h где — ин-
тегральная оценка индивидуальных особенностей организма [16, 17]; — про-
центное содержание кислорода в дыхательном объеме, 4 20,9. Ясно также,
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 141
что чем меньше кислорода в смеси, тем короче должен быть период гипоксиче-
ского воздействия. Это связано с тем, что последствием длительного резкого ги-
поксического воздействия станет снижение 2Op
it
ниже критического уровня.
Поэтому задачу выбора режимов ИГТ в сеансе гипоксического воздействия
можно упростить, приняв пропорциональную зависимость длительности сеанса
от силы воздействия. Если исходить из целесообразности ведения нормоксиче-
ского сеанса вслед за гипоксическим для восстановления функционального со-
стояния организма, то следует учитывать, что период восстановления более дли-
тельный. Это объясняется тем, что при гипоксическом воздействии параметры
управления ,V ,Q
it
Q реагируют почти мгновенно, при снятии гипоксической
нагрузки они все еще поддерживаются длительное время на достаточно высоком
уровне (эффект пострабочей гиперемии). Таким образом, при решении задачи вы-
бора режимов ИГТ длительность нормоксического сеанса можно спрогнозиро-
вать, определив с помощью модели период вывода 2Op
it
на уровень, который
они принимают до эксперимента.
По существу, задача выбора режимов ИГТ сводится к задаче определения
наилучшей для адаптации конкретного индивидуума гипоксической смеси. Как
утверждалось выше, решение этой задачи сводится к перебору из интервала
4 20,9 и выбора такого , которое будет способствовать уменьшению в
течение курса тренировочных сеансов коэффициента чувствительности 1 или
улучшению интегрального показателя состояния кардиореспираторной системы.
Применение описанного выше алгоритма выбора режимов ИГТ становится
определенным и эффективным, если на каждом нормоксическом сеансе прово-
дить обследование организма спортсмена. Если при этом данные обследования ,V
,Q
it
Q от сеанса к сеансу уменьшаются и стремятся к норме, а интегральные
оценки функционирования кардиореспираторной системы улучшаются, то поло-
жительный эффект ИГТ очевиден. Оптимальный выбор числа сеансов в курсе ле-
чения, как и число самих курсов, возможен лишь в случае построения математи-
ческих моделей адаптации к гипоксии.
В сегодняшней практике применения ИГТ для лечения и улучшения функ-
циональных состояний количество сеансов и курсов определяет врач на осно-
вании объективных клинических данных и результатов вычислительных экс-
периментов с математической моделью ФСД. Если оказывается, что от курса к
курсу ИГТ коэффициент чувствительности организма к гипоксии все еще можно
уменьшить без опасности, 2Op
it
входят в область критических значений, а инте-
гральный признак здоровья свидетельствует о конструктивном воздействии ги-
поксии, то врач, как правило, рекомендует повторение процедуры ИГТ. Алго-
ритм программного комплекса для выбора оптимальных режимов ИГТ пред-
ставлен на рис. 1.
Полученные результаты и их обсуждение. Результаты исследований для
группы спортсменок, специализирующихся в современном пятиборье, и дальней-
шая обработка полученных данных с помощью комплекса, представленного в [13],
выявили следующее [18, 19].
Действие гипоксической смеси (ГС) проявилось, прежде всего, в увеличении
легочной и альвеолярной вентиляции в первой фазе менструального цикла (МЦ):
минутный объем дыхания (МОД) повысился на 19,9 % за счет увеличения часто-
ты дыхания (ЧД) на 4,76 % и дыхательного объема (ДО) — на 14,47 % (рис. 2).
142 ISSN 0572-2691
Выход
Вход
Блок описания
алгоритма интервальной
гипоксической тренировки
Задание исходных
данных модели ФСД
Режим общения
с пользователем
Формирование показателей
регулирования ФСД
в соответствии
с заданными условиями
функционирования
организма и механизмами
адаптации
Работа модели ФСД для
прогнозирования газовых
показателей организма на
одном дыхательном цикле
в условиях постоянства
управляющих параметров
Окружающая среда
Анализ и оценка газового
состояния ФСД
и принятие решения
о продолжении интервальной
гипоксической тренировки
Конец реализации
алгоритма ИГТ
Выведение результатов
эксперимента на экран
или печать
Формирование данных
об окружающей среде для модели ФСД
для алгоритма ИГТ
Рис. 1
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Кровоток до
Кровоток после
Вентиляция до
Вентиляция после
0
1 2 3 4 5
Рис. 2
Отношение альвеолярной вентиляции (АВ) к МОД (АВ/МОД) возросло на
7,8 %, при этом скорость потребления кислорода увеличилась на 15,2 %, кисло-
родный эффект дыхательного цикла )( 2RCO возрос на 9,96 %, в то время как вен-
тиляционный эквивалент увеличился.
Реакция системы кровообращения при вдыхании ГС с 11 % кислорода в пер-
вую фазу цикла проявилась в увеличении минутного объема крови (МОК) на
35,1 % в основном за счет значительного увеличения частоты сердечных сокра-
щений (ЧСС) на 34,65 % при неизменившемся ударном объеме. Уменьшение ки-
слородного эффекта сердечного сокращения ССO2 на 14,6 % и рост гемодинами-
ческого эквивалента (ГЭ) на 17,2 % свидетельствуют о снижении экономичности
функций системы кровообращения. Соответственно, и насыщение артериальной
крови кислородом снизилось на 16,7 %. Расчеты показали, что при вдыхании ГС с
11 % кислорода кровообращение становится не только менее экономичным , но
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 143
и менее эффективным в отношении доставки кислорода к тканям: скорость
транспорта кислорода артериальной кровью при нормоксии превышает ско-
рость потребления кислорода в 3,33 раза при нормоксии и в 3,47 раза — при
гипоксической гипоксии с 11 % кислорода. Те же показатели для смешанной
венозной крови составляют соответственно 2,33 при нормоксии и 2,47 — при
гипоксической гипоксии.
Соответственно, можно говорить об изменении кислородных режимов ор-
ганизма (КРО): снижается скорость доставки кислорода в легкие и альвеолы
при достоверном росте скорости транспорта кислорода смешанной венозной
кровью [15], при этом скорость потребления кислорода растет меньше, чем
скорость его поступления в легкие, т.е. снижается экономичность КРО. Таким
образом, можно заключить, что в первую фазу МЦ адаптация к снижению пар-
циального давления кислорода во вдыхаемом воздухе происходит за счет уси-
ления функции дыхания и кровообращения при их разнонаправленном дейст-
вии: если рост МОД осуществляется в основном за счет увеличения глубины
дыхания, то возрастание МОК происходит в основном за счет роста ЧСС. При
этом напряжение кислорода в артериальной крови снижается до критического
уровня.
Во вторую фазу МЦ при вдыхании газовой смеси с 11 % кислорода возраста-
ние МОД на 28,2 % происходит за счет увеличения ДО на 33,18 % и сопровожда-
ется ростом соотношения АВ/МОД на 7,5 %, в то время как изменение частоты
дыхания недостоверно.
Скорость потребления кислорода во вторую фазу при гипоксической гипок-
сии с 11 % кислорода возросла на 45,5 %. Отметим также, что снижение ВЭ на
12 % и увеличение RCO2 на 50,9 % свидетельствуют об экономизации функций
системы дыхания спортсменок.
Во вторую фазу также происходит экономизация функций сердечно-сосу-
дистой системы: так, CCO2 увеличивается на 16,5 %, ГЭ снижается на 13,5 % при
росте МОК на 6,4 %, обусловленном в первую очередь ростом ЧСС на 24,9 %, при
недостоверном изменении ударного объема.
Во вторую фазу МЦ, по сравнению с первой фазой, при вдыхании газовой
смеси с 11 % кислорода замедляется скорость поступления кислорода в легкие и
альвеолы, скорость его транспорта смешанной венозной кровью, однако по отно-
шению к условиям нормоксии возрастает скорость транспорта кислорода артери-
альной кровью. Это сопровождается падением парциального давления кислорода
в альвеолярном воздухе до критического уровня, снижением насыщения артери-
альной крови 2OSa кислородом на 14,2 %, уровень напряжения кислорода в арте-
риальной крови становится ниже критического, также падает напряжение кисло-
рода )( 2Opv в смешанной венозной крови.
Во вторую фазу МЦ происходит повышение эффективности КРО на всех
этапах продвижения кислорода в организме, так скорость транспорта артериаль-
ной кровью кислорода превышает скорость его потребления при нормоксии в 3,87
раза и при гипоксической гипоксии с 11 % кислорода — в 2,86 раза, те же показа-
тели на этапе смешанной венозной крови составляют соответственно 2,87 и 1,26
раза. Как уже отмечалось выше, повышение эффективности КРО сопровождается
увеличением их экономичности, о чем свидетельствуют приведенные выше вели-
чины ВЭ (вентиляционный эквивалент), ГЭ, СCO2 и .2RCO
В эту фазу компенсаторные реакции осуществляются в основном за счет сис-
темы дыхания.
144 ISSN 0572-2691
Дальнейшие исследования на модели показали, что в третью фазу усиление
легочной вентиляции осуществляется за счет увеличения ДО на 21,3 % при прак-
тически неизменившейся частоте дыхания, соотношение АВ/МОД увеличивается
на 8 %. Скорость потребления кислорода возрастает на 23,8 %, при этом RCO2
возрастает на 26,3 %, 2OSa снижается на 13,1 %, ВЭ — на 4,3 %, что демонстри-
рует некоторую экономизацию функций системы дыхания при вдыхании ГС с
11 % кислорода. Что касается функций системы кровообращения, отмечается вы-
раженное возрастание ЧСС на 29 % при снижении ударного объема (УО) на 5,1 %,
поэтому можно говорить, что увеличение МОК на 22,8 % происходит неэконом-
но, так как увеличивается нагрузка на сердечную мышцу.
Имитация вдыхания ГС в третью фазу МЦ показывает, что адаптация ор-
ганизма спортсменки к этим условиям характеризуется выраженным напряже-
нием функций системы дыхания и кровообращения. В эту фазу КРО характе-
ризуется увеличением скорости поступления кислорода в легкие и альвеолы.
Скорость транспорта кислорода артериальной и смешанной венозной кровью
несколько снижается по сравнению с первой и второй фазами цикла, наблюда-
ется также снижение экономичности функций системы дыхания и кровообра-
щения. Величина напряжения кислорода в артериальной крови несколько вы-
ше критического уровня, а в смешанной венозной крови ниже, чем в преды-
дущие фазы. Усиление кровотока обеспечивает поддержание 2pO в тканях на
уровне, выше критического.
В четвертую фазу МЦ для компенсации доставки кислорода при вдыхании
ГС с 11 % увеличивается МОД на 30, 25 % преимущественно за счет увеличения
ДО на 27,1 % и ЧД — всего на 2,3 %, соотношение АВ/МОД возрастает на 7,3 %,
скорость потребления кислорода на 39 %. Отметим, что система дыхания работает
экономно, на что указывает увеличение RCO2 на 35,2 % и снижение вентиляци-
онного эквивалента на 8,8 %. Повышение скорости утилизации кислорода обу-
словливает снижение 2OSa на 15,6 %.
В эту фазу рост МОК на 19,9 % осуществляется, прежде всего, за счет увели-
чения ЧСС на 18,6 %, УО практически не меняется — рост на 1,1 %. Увеличение
СCO2 на 17,2 % сопровождается повышением ГЭ на 8,1 %.
КРО организма при вдыхании смеси с 11 % кислорода характеризуются бо-
лее высокой скоростью транспорта кислорода артериальной кровью, чем при
нормоксии, однако парциальное давление кислорода в альвеолах близко к крити-
ческому уровню, а в артериальной крови даже ниже критического уровня, так как
увеличивается утилизация кислорода, что связано с увеличением кислородного
запроса организма и, как следствие, с ростом его утилизации.
В условиях гипоксии эффективность доставки кислорода в этой фазе МЦ ха-
рактеризуется повышением эффективности его доставки в легкие и альвеолы по
сравнению с третьей фазой и некоторым снижением эффективности доставки ки-
слорода артериальной и смешанной венозной кровью. Система дыхания при этом
характеризуется высокими показателями эффективности и экономичности функ-
ций.
В пятую фазу цикла вдыхание ГС с 11 % кислорода вызывает следующие из-
менения: по сравнению с условиями нормоксии, на 17,6 % снижается частота ды-
хания и увеличивается на 36,3 % дыхательный объем, что вызывает в свою оче-
редь увеличение МОД на 12,2 %. Соотношение АВ/МОД увеличивается на 7,8 %.
Скорость потребления кислорода возрастает на 25,8 %, что сопровождается по-
вышением RCO2 на 53,1 %. Вентиляционный эквивалент снижается на 10,7 %.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 145
Что касается системы кровообращения, то в эту фазу величина ЧСС выросла
на 23,6 %, УО увеличился на 7,7 %. В результате МОК увеличился на 24,9 % по
отношению к исходному уровню. В условиях нормоксии СCO2 превысил этот
показатель на 3,1 %, гемодинамический эквивалент снизился всего на 0,36 %, ука-
зывая на низкую экономичность функции системы кровообращения в эту фазу,
2OSa в условиях гипоксии снизилось на 17,1 %.
Замедляется скорость поступления кислорода в альвеолы, но более выражено
увеличение скорости транспорта 2O артериальной и смешанной венозной кро-
вью. Однако при этом 2Opa остается ниже критических уровней. Эффективность
КРО в пятую фазу, по сравнению с четвертой, снизилась на всех этапах транспор-
та кислорода в организме в условиях и нормоксии, и гипоксии, снизилась эконо-
мичность системы дыхания и кровообращения.
Далее, используя рассчитанные параметры и данные, полученные в результате
обследования, имитировали [20, 21] условия гипоксической гипоксии и рассчитыва-
ли парциальные давления и напряжения респираторных газов в альвеолярном про-
странстве, артериальной и смешанной венозной крови, крови тканевых капилляров.
На математической модели функциональной системы дыхания (1)–(18) про-
ведена имитация вдыхания спортсменками нормобарической и гипоксической сме-
си с 11 % кислорода в различные фазы МЦ. Для индивидуализации модели системы
дыхания использовались следующие исходные данные, полученные в результате
физического обследования: скорость потребления кислорода, минутный объем кро-
ви, масса тела, содержание гемоглобина, дыхательный коэффициент [13]. Исследо-
вание проводилось на модели с четырьмя тканями (рис. 3). При этом скорости по-
требления кислорода по тканевым регионам распределялись следующим образом:
в мозге — 14,65 %, в тканях сердца — 7,87 %, в скелетных мышцах — 30,2 % и на
все остальные ткани — 43 % (рис. 4). Что касается системного кровотока, то его
доля в тканях мозга составляла 15,5 %, в сердечной мышце — 4,46 %, в скелетных
мышцах — 20 % и 60 % — в тканях других органов (рис. 5). Анализ полученных
результатов показал, что в связи с тем, что на протяжении МЦ существенно изме-
няется количество половых гормонов, реакция системы дыхания и кровообраще-
ния женщины на различные возмущения зависит от гормонального статуса.
Вены
Дыхательные
пути
Артерии
Другие ткани
Мозг
Сердце
Альвеолы
Скелетные мышцы
Рис. 3
Интересно также отметить, что в разные фазы МЦ наблюдались различные
уровень артериальной гипоксемии и степень выраженности тканевой гипоксии.
Результаты имитационного моделирования представлены на рис. 5. Так, в первую
фазу напряжение артериальной крови при вдыхании газовой смеси с 11 % кисло-
рода составляло 58,61 мм рт.ст., в тканях мозга — 31,29 мм рт.ст., а в сердечной
мышце — 23,27 мм рт.ст. Во вторую фазу напряжение кислорода в артериальной
крови равнялось 54,33 мм рт.ст., в тканях мозга и сердца оно составляло соответ-
146 ISSN 0572-2691
ственно 28,03 и 23,05 мм рт.ст. В третью фазу цикла 2pO артериальной крови нахо-
дилось на уровне 56,53 мм рт.ст., а в тканях мозга оно составляло 29,08 мм рт.ст.,
в сердце — 23,81 мм рт.ст. В четвертую фазу МЦ 2pO артериальной крови упало до
уровня 54,94 мм рт.ст., а в тканях мозга и сердца эти величины составляли соответ-
ственно 29,65 и 22,22 мм рт.ст. В пятую фазу напряжение кислорода в артериальной
крови находилось на уровне 58,3 мм рт.ст., в мозге оно составляло 33,89 мм рт.ст., а
в сердечной мышце — 26,01 мм рт.ст.
0 %
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
Распределение скорости потребления кислорода
Другие ткани
Скелетные мышцы
Сердце
Мозг
Рис. 4
0 %
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
Распределение системного кровотока
Другие ткани
Скелетные мышцы
Сердце
Мозг
Рис. 5
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5
Артерия
Мозг
сердце
Рис. 6
Заключение. На основе математической модели функциональной системы
дыхания разработан комплекс информационной поддержки для принятия реше-
ний при использовании такого нетрадиционного средства повышения адаптации
организма к тренировочным и соревновательным нагрузкам, как интервальная ги-
поксическая тренировка. Представленное математическое, алгоритмическое и
программное обеспечение позволяет имитировать интервальную гипоксическую
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2020, № 1 147
тренировку и таким образом при индивидуализации модели научно обосновать
выбор тех или иных гипоксических нагрузок (состав газовой смеси и время воз-
действия) в курсе интервальной гипоксической тренировки спортсменок.
Н.І. Аралова, Л.Я.-Г. Шахліна, С.М. Футорний, С.В. Калитка
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ОБҐРУНТУВАННЯ
ОПТИМАЛЬНОГО КУРСУ ІНТЕРВАЛЬНОГО
ГІПОКСИЧНОГО ТРЕНУВАННЯ У ПРАКТИЦІ
СПОРТИВНОЇ ПІДГОТОВКИ
ВИСОКОКВАЛІФІКОВАНИХ СПОРТСМЕНОК
Пошук шляхів підвищення індивідуальної адаптації організму спортсменів до ве-
ликих психоемоційних та фізичних навантажень є найбільш актуальною задачею
спорту вищих досягнень. Один із шляхів її розв’язку — застосування методу но-
рмобаричного інтервального гіпоксичного тренування (ІГТ), запропонованого
А.З. Колчинською як нетрадиційний комбінований засіб підвищення ефективності
тренувального процесу у спорті. Комбінований метод передбачає проведення курсу
нормобаричного інтервального гіпоксичного тренування на фоні планового трену-
вального процесу, що має особливе значення при спортивному тренуванні жінок.
Особливу увагу приділено дослідженню впливу гормонального статусу на функціо-
нальну систему дихання (ФСД), на особливості кисневих режимів організму (КРО) в
різні фази циклу. Спортсмен високого класу потребує індивідуального підбору ре-
жимів ІГТ. Суттєву допомогу при плануванні тренувального процесу і гіпоксичного
тренування можуть надати математичні моделі функціональної системи дихання,
які дозволяють в динаміці дихального циклу визначити ступінь адаптованості орга-
нізму до гіпоксії та кумулятивний ефект від сумісного застосування планового тре-
нувального процесу та інтервального гіпоксичного тренування, формалізувати кри-
терії раціональності режимів ІГТ та побудувати алгоритми їх вибору з урахуванням
індивідуальних особливостей організму людини. Пропонується комплекс матема-
тичного, алгоритмічного та програмного забезпечення, який дозволяє за допомогою
математичної моделі функціональної системи дихання імітувати процес інтервально-
го гіпоксичного тренування і з урахуванням індивідуалізації моделі науково обґрун-
тувати вибір режимів ІГТ (склад газової суміші та час впливу) для конкретного
спортсмена.
Ключові слова: нормобаричне інтервальне гіпоксичне тренування (ІГТ), мате-
матична модель функціональної системи дихання, вибір режимів ІГТ, адаптація
організму спортсмена.
N.I. Aralova, L.Ya.-G. Shakhlina, S.M. Futornyi, S.V. Kalytka
INFORMATION TECHNOLOGIES OF GROUNDING
OF OPTIMAL COURSE OF INTERVAL HYPOXIC
TRAINING IN PRACTICE OF SPORTS TRAINING
OF HIGHLY QUALIFIED SPORTSWOMEN
Finding ways to improve the individual adaptation of the body of athletes to great psycho-
emotional and physical stress is the most urgent task of the sport of higher achievements.
One of the ways to solve it is to use the method of normobaric interval hypoxic training
(IHT), proposed by A.Z. Kolchinskaya as an unconventional combined means of increasing
the effectiveness of the training process in sports. The combined method involves conduct-
ing a course of normobaric interval hypoxic training on the background of the planned train-
ing process, which focuses on studying the effect of the hormonal status on the functional
respiratory system (FRS), on the features of the body oxygen regimes (BOR) in different
phases of the menstrual cycle. It is natural to assume that a high-class athlete is an individu-
ality, therefore he needs an individual selection of IHT. A mathematical model of the func-
tional respiratory system can significantly assist the planning of the training process and hy-
poxic training, which allows determining the degree of adaptation of the organism to hypox-
ia in the dynamics of the respiratory cycle and determine the cumulative effect of the
combined use of a planned training process and interval hypoxic training, formalize the cri-
148 ISSN 0572-2691
teria of rationality of IHT modes and build algorithms for their choice, taking into account
the individual characteristics of the human body. A complex of mathematical, algorithmic
and software is proposed, which allows using the mathematical model of the functional res-
piratory system to simulate the process of interval hypoxic training and, taking into account
the model individualization, scientifically justify the choice of IHT modes (gas mixture
composition and exposure time) for a specific athlete.
Keywords: normobaric interval hypoxic training, mathematical model of the functional
respiratory system, choice of IHT regimens, adaptation of the athlete's body.
1. Колчинская А.З. Интервальная гипоксическая тренировка в спорте высших достижений.
Спортивна медицина. 2008. № 1. С. 9–25.
2. Булатова М.М., Платонов В.Н. Спортсмен в различных климато-географических условиях.
К. : Олимп. лит., 1996.176 с.
3. Интервальная гипоксическая тренировка. Эффективность, механизмы действия. Под ред.
А.З. Колчинской. Киев : ГИФК, «ЕЛТА», 1992. 159 с.
4. Вторичная тканевая гипоксия. Под общ. ред. А.З. Колчинской. К. : Наук. думка, 1983. 253 с.
5. Иорданская Ф.А. Мужчина и женщина в спорте высших достижений. Проблемы полового
диморфизма. М. : Сов. спорт. 2012. 256 с.
6. Шахлина Л.Я.-Г. Особенности функциональной адаптации организма спортсменок высокой
квалификации к большим физическим нагрузкам. Спортивна медицина. 2012. № 1. С. 20–30.
7. Колчинская А.З., Цыганова Т.Н., Остапенко Л.А. Нормобарическая интервальная гипокси-
ческая тренировка в медицине и спорте. М. : Медицина, 2003. 408 с.
8. Колчинская А.З. Механизмы действия традиционных и нетрадиционных средств повышения
аэробной производительности спортсменов. Наука в олимпийском спорте. 1997. № 2. С. 58–63.
9. Гомеостаз функциональной системы дыхания как результат внутрисистемного и системно-
средового информационного взаимодействия. Гомеостаз функциональной системы крово-
обращения как результат внутрисистемного и системно-средового информационного взаи-
модействия. В.И. Гриценко, М.И. Вовк, А.Б. Котова, В.М. Белов, О.П. Минцер, С.И. Кифо-
ренко, Ю.Н. Онопчук, Л.М. Козак, И.И. Ермакова. Биоэкомедицина. Единое информаци-
онное пространство. Киев : 2001. С. 59–104.
10. Полинкевич К.Б., Онопчук Ю.Н. Конфликтные ситуации при регулировании основной
функции системы дыхания организма и математические модели их разрешения. Киберне-
тика. 1986. № 3. С. 100–104.
11. Онопчук Ю.Н. Об одной имитационной модели для исследования сложных физиологиче-
ских процессов. Кибернетика. 1979. № 3. С. 66–72.
12. Онопчук Ю.Н. Об одной общей схеме регуляции режимов внешнего дыхания, минутного объе-
ма крови и тканевого кровотока по кислородному запросу. Кибернетика. 1980. № 3. С. 110–115.
13. Аралова Н.И., Шахлина Л.Я.-Г. Математические модели функциональной самоорганизации
системы дыхания человека при изменении гормонального статуса организма. Международный
научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики». 2018. № 3. С. 132–141.
14. Шахлина Л.Я.-Г., Аралова Н.И. Прогнозирование на математической модели функцио-
нальной системы дыхания реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических
смесей. Кибернетика и вычислительная техника. 2018. Вып. 3 (193). С. 64–82. DOI:https//-
doi.org/10.15407/kvt193.03.064.
15. Аралова Н.И. Исследование на математической модели роли гипоксии, гиперкапнии и ги-
пометаболизма в саморегуляции системы дыхания при внутренних и внешних возмущени-
ях. Кибернетика и вычислительная техника. 2017. Вып. 188. С. 49–64.
16. Аралова Н.И., Вишенский В.И, Онопчук Ю.Н. Модели данных и алгоритмы их обработки
при построении интегральных оценок надежности и работоспособности спортсменов.
Компьютерная математика. 2013. № 1. С. 151–160.
17. Aralova N.I., Klyuchko O.M., Mashkin V.I., Mashkina I.V. Algorithms for data models pro-
cessing for integral estimation of flight crews’ personnel states. Electronics and control systems.
2018. N 1. P. 105–113. DOI: 10.18372/1990-5548.52.11882.
18. Шахлина Л.Я.-Г. Реакция организма спортсменок на снижение содержания кислорода во вды-
хаемом воздухе в разные фазы менструального цикла. Спортивна медицина. 2008. № 1. С. 78–82.
19. Шахлина Л.Я.-Г. Медико-биологические основы спортивной тренировки женщин. Киев :
Наук. думка, 2001. 325 с.
20. Аралова Н.И. Математическая модель механизмов краткосрочной и среднесрочной адапта-
ции функциональной системы дыхания лиц, работающих в экстремальных условиях. Ки-
бернетика и вычислительная техника. 2015. Вып. 182. С. 16–21.
21. Аралова Н.И. Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации
спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами. Международный научно-техни-
ческий журнал «Проблемы управления и информатики». 2016. № 3. С. 160–170.
Получено 23.05.20019
|