Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами

Представлено математичні моделі та комплекс програмної підтримки для оцінки функціонального ресурсу організму людини на основі математичної моделі функціональної системи дихання та оптимізації вибору режиму відновлення після важкого фізичного навантаження....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автор:	Аралова, Н.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2016
Назва видання:	Проблемы управления и информатики
Теми:	Управление в биологических и природных системах
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208181
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами / Н.И. Аралова // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 3. — С. 160-170. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-208181
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2081812025-10-21T00:04:07Z Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами Інформаційні технології підтримки прийняття рішень при реабілітації спортсменів, які займаються спортивними єдиноборствами Information technologies of decision making support for rehabilitation of sportsmen engaged in combat sports Аралова, Н.И. Управление в биологических и природных системах Представлено математичні моделі та комплекс програмної підтримки для оцінки функціонального ресурсу організму людини на основі математичної моделі функціональної системи дихання та оптимізації вибору режиму відновлення після важкого фізичного навантаження. On the basis of a mathematical model of functional respiratory system and optimizing the choice of the mode of rehabilitation after severe physical exertion, a mathematical model and a set of supported software for the evaluation of the functional resource of the human body are presented. 2016 Article Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами / Н.И. Аралова // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 3. — С. 160-170. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208181 519.8.812.007 10.1615/JAutomatInfScien.v48.i6.70 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 биологических и природных системах Управление в биологических и природных системах
spellingShingle	Управление в биологических и природных системах Управление в биологических и природных системах Аралова, Н.И. Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами Проблемы управления и информатики
description	Представлено математичні моделі та комплекс програмної підтримки для оцінки функціонального ресурсу організму людини на основі математичної моделі функціональної системи дихання та оптимізації вибору режиму відновлення після важкого фізичного навантаження.
format	Article
author	Аралова, Н.И.
author_facet	Аралова, Н.И.
author_sort	Аралова, Н.И.
title	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
title_short	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
title_full	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
title_fullStr	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
title_full_unstemmed	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
title_sort	информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Управление в биологических и природных системах
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208181
citation_txt	Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами / Н.И. Аралова // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 3. — С. 160-170. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Проблемы управления и информатики
work_keys_str_mv	AT aralovani informacionnyetehnologiipodderžkiprinâtiârešenijprireabilitaciisportsmenovzanimaûŝihsâsportivnymiedinoborstvami AT aralovani ínformacíjnítehnologíípídtrimkiprijnâttâríšenʹprireabílítacíísportsmenívâkízajmaûtʹsâsportivnimiêdinoborstvami AT aralovani informationtechnologiesofdecisionmakingsupportforrehabilitationofsportsmenengagedincombatsports
first_indexed	2025-11-26T12:19:04Z
last_indexed	2025-11-26T12:19:04Z
_version_	1849855361099497472
fulltext	© Н.И. АРАЛОВА, 2016 160 ISSN 0572-2691 УПРАВЛЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМАХ УДК519.8.812.007 Н.И. Аралова ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ РЕАБИЛИТАЦИИ СПОРТСМЕНОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ СПОРТИВНЫМИ ЕДИНОБОРСТВАМИ Введение Резко возросшие объемы и интенсивность тренировочных и соревнователь- ных нагрузок приводят к перегрузке опорно-двигательного аппарата, морфофунк- циональным изменениям в тканях и органах, возникновению травм и заболева- ний. В этой связи проблема реабилитации так же важна, как и сама тренировка и соревнование, поскольку невозможно достичь высоких результатов только за счет интенсивных и объемных тренировок. Поэтому необходимой предпосылкой явля- ется повышение эффективности занятий и успешной соревновательной деятель- ности — единство процессов воздействия физической нагрузки на организм и процессов реабилитации [1]. Под воздействием физической нагрузки в организме параллельно протекают процессы восстановления и адаптации. При этом во время тренировочных нагру- зок и соревновательной практики должен осуществляться контроль за процессом адаптации спортсменов к нагрузкам и их переносимостью. На основании полу- ченных данных планируются реабилитационные мероприятия. Устойчивость к нагрузкам зависит от процессов реабилитации. При быстром их протекании можно увеличить как нагрузку, так и частоту тренировочных заня- тий, оптимизировать соревновательную деятельность. Если реабилитация непол- ная, то при повторяющейся нагрузке происходит переутомление и нарушаются процессы адаптации. Таким образом, организм спортсмена, выполняющий значительную по ин- тенсивности и объему физическую работу, является наиболее удобным объектом для исследования процессов реабилитации после выполнения им тренировочной или соревновательной нагрузки. Современные подходы к процессу реабилитации спортсменов Физическая работа требует значительных затрат кислорода и накопления уг- лекислого газа и различных метаболитов в организме. Это предполагает значи- тельный вклад системы дыхания, основная функция которой — своевременная и адекватная доставка кислорода к тканям работающих органов. Для количествен- ной оценки степени компенсации кислородной недостаточности, развивающейся при работе, применяются математические модели функционального состояния Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 3 161 организма, имитирующие работу как активных (дыхательные мышцы, мышцы сердца, гладкие мышцы сосудов), так и пассивных (проявление гипометаболизма, эритропоэз) механизмов саморегуляции. Тот или иной комплекс восстановительных средств применяют после трениро- вочных занятий или соревнований, в промежутках между выступлениями, а также в период интенсивных тренировок или после тренировочного цикла. Для повышения эффективности реабилитации важно не только обеспечить правильный подбор средств восстановления и своевременность применения, но и контроль за их воздействием. Оценка степени реабилитации — сложный процесс, поскольку скорость восстановления различных систем, как будет показано ниже, неодинакова. Кроме того, этот процесс имеет фазный характер, вследствие чего многочисленные функциональные показатели в различные периоды после физи- ческих нагрузок могут изменяться по-разному. Особенности реабилитационных процедур обусловлены характером утомления, который своеобразен в каждом ви- де спорта и формируется под воздействием специфической физической нагрузки. В соответствии с этим и осуществляется подбор реабилитационных средств и процедур. Они должны ускорять восстановление тех систем, которые несли ос- новную нагрузку на тренировках и соревнованиях. В зависимости от вида спорта необходимо дифференцированное использование реабилитационных средств. Вместе с тем реабилитационные процедуры могут не только ускорить протекание восстановительных процессов, но и уменьшить резервные возможности организ- ма, снизить его работоспособность, так как некоторые процедуры являются зна- чительной нагрузкой на кардиореспираторную систему, а это, в свою очередь, может снизить функциональный резерв организма. Реабилитация — это процесс, протекающий как реакция на утомление и направленный на восстановление нарушенного гомеостаза и работоспособности. Реабилитация после физических нагрузок означает не только возвращение функ- ций к исходному уровню. Если бы после тренировочной работы функциональное состояние организма лишь возвращалось к исходному уровню, исчезла бы воз- можность его совершенствования путем целенаправленной тренировки. Выпол- нение напряженной мышечной работы связано с расходованием потенциала функций и развивающимся утомлением, его восстановлением к дорабочему уров- ню, сверхвосстановлением и последующей стабилизацией на дорабочем уровне. Различают фазу снижения работоспособности [1], ее восстановления, сверхвос- становления (суперкомпенсации) и стабилизации (рис. 1). Работа 1 2 3 4 Рис. 1 В фазе восстановления происходит нормализация функций — восстановле- ние гомеостаза, восполнение энергетических ресурсов, стабилизация — рекон- струкция клеточных структур и ферментативных систем. Изменения в функциональных системах организма спортсмена, возникающие в восстановительном периоде, служат основой повышения тренированности. В силу этого при анализе послерабочего периода после нагрузок следует разли- чать две фазы: http://opace.ru/a/utomlenie 162 ISSN 0572-2691 1) фазу измененных соматических и вегетативных функций под влиянием мышечной работы (ранний восстановительный период), исчисляемую минутами и часами, в основе которой лежит восстановление гомеостаза организма; 2) конструктивную фазу (период отставленного восстановления), в процессе которой происходит формирование функциональных и структурных изменений в органах и тканях вследствие суммирования следовых реакций на нагрузки. Суперкомпенсация — это реакция на нагрузки, которые достаточно глубоко исчерпывают функциональные резервы организма спортсмена, обеспечивают вы- полнение конкретной работы. Одна из важных особенностей протекания реабилитационных процессов после тренировочных и соревновательных нагрузок — неодновременность (гетерохронность) восстановления различных показателей. Так, восстановление основных показателей кислородтранспортной системы происходит раньше, чем возвращаются к исходному уровню запасы гликогена мышц. Участие в ответ- ственных соревнованиях, связанное с большой психической нагрузкой, часто приводит к тому, что наиболее длительным оказывается восстановление психиче- ских функций спортсмена. Исследования биохимических процессов в период отдыха после мышечной работы позволили установить, что быстрее всего восстанавливаются резервы кис- лорода и креатинфосфата в работающих мышцах, затем — внутримышечные за- пасы гликогена и гликогена печени, лишь в последнюю очередь — резервы жиров и разрушенные в процессе работы белковые структуры. Устранение лактата, накопившегося после максимальных анаэробных нагрузок, происходит обычно в течение 1–1,5 ч. В то же время восстановление запасов гликогена в работающих мышцах, особенно после исключительно продолжительных аэробных нагрузок, может затянуться на несколько суток. Влияние тренировочных и соревновательных нагрузок на организм спортс- мена не только специфично, но и многообразно, и чем выше их уровень, тем акту- альнее необходимость применения различных восстановительных средств. Восстановление работоспособности как физической, так и психической, по- сле напряженных тренировочных нагрузок и соревнований осуществляется есте- ственным путем, однако его можно значительно ускорить, используя различные средства. Реабилитационный период характеризуется гетерохронностью нормали- зации как отдельных функций организма, так и организма в целом. Общие закономерности восстановления функций после работы состоят в сле- дующем. Скорость и длительность восстановления большинства функциональных показателей находятся в прямой зависимости от мощности работы: чем она выше, тем большие изменения происходят за время работы и (соответственно) тем дольше скорость восстановления. Это означает, что чем короче предельная про- должительность упражнения, тем короче период восстановления. Так, продолжительность восстановления большинства функций после мак- симальной анаэробно-алактатной работы — несколько минут, а после марафон- ского бега — несколько дней. Ход начального восстановления многих функцио- нальных показателей по своему характеру является зеркальным отражением их изменений в период врабатывания.  Восстановление различных функций протекает с разной скоростью, а неко- торые фазы восстановительного процесса — и с разной направленностью, так что достижение ими уровня покоя происходит неодновременно (гетерохронно). По- этому о завершении процесса восстановления в целом следует судить не по како- http://opace.ru/b/afofkis_razdel_pechen http://opace.ru/a/zhiry Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 3 163 му-нибудь одному и даже не по нескольким ограниченным показателям, а лишь по возвращению к исходному (предрабочему) уровню наиболее медленно восста- навливающегося показателя.  Работоспособность и многие определяющие ее функции организма на про- тяжении периода восстановления после интенсивной работы не только достигают рабочего уровня, но и могут превышать его, проходя фазу сверхвосстановления. Когда речь идет об энергетических субстратах, то такое временное превышение предрабочего уровня носит название суперкомпенсация. Объективные знания о развитии утомления в процессе выполнения отдель- ных упражнений, программ тренировочных занятий, их серий, соревновательных нагрузок и т. д., а также об особенностях протекания восстановительных процес- сов дают возможность не только выявить основные закономерности построения различных структурных образований тренировочного процесса, но и разработать их типовые модели, позволяющие прогнозировать утомление, характер и продол- жительность восстановительных реакций. Реабилитационные мероприятия проводятся главным образом в двух си- туациях: 1) в условиях соревнований, когда необходимо обеспечить быстрое и по воз- можности полное восстановление специальной физической и психической готов- ности к следующему этапу; 2) в повседневном учебно-тренировочном процессе в ходе совершенствова- ния общей и специальной работоспособности, связанной с неотъемлемой его ча- стью — утомлением. Обычно выделяют три группы средств реабилитации: педагогические, меди- ко-биологические и психологические. Постановка задачи Остановимся на медико-биологическом аспекте реабилитации. Для того чтобы контролировать процесс реабилитации и своевременно корректировать этот процесс, актуально применение математических моделей функциональ- ных систем организма, которые позволяют выбрать стратегию и тактику про- цесса реабилитации. Один из примеров эффективного использования такого моделирования — имитация процесса реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными еди- ноборствами. В основе модели функционального ресурса организма лежит модель системы дыхания и кровообращения с оптимальным управлением [2 ]. Моделирование процесса поединка с помощью имитационной модели функциональной системы дыхания Известно, что в силовых единоборствах спортсмен тратит значительное ко- личество энергии (механической и нервной), что приводит к развитию гипоксиче- ских состояний — кислородной недостаточности в работающих мышцах (скелет- ных, сердечной) и тканях мозга, которые могут существенно ограничить его рабо- тоспособность. Для оценки степени развития гипоксии в отдельных группах тканей и в целостном организме предлагается использовать математическую мо- дель функциональной системы дыхания (ФСД). С помощью математической мо- дели с оптимальным управлением динамики процесса массопереноса респиратор- ных газов рассчитываются локальные и системные кровотоки, напряжения респи- раторных газов в крови и тканях. Оптимальное управление предполагает автоматическое разрешение конфликтной ситуации, возникающей в определен- 164 ISSN 0572-2691 ных условиях между метаболическими потребностями дыхательной и сердечной мышц, участвующих в обеспечении процесса массопереноса газов. При решении задачи прогнозирования реакции системы дыхания на воздействующее возмущение (гипоксию нагрузки) осуществляется индивидуализация модели управления [3]. С этой целью в функционале качества            dCOqCOGOqOGJ iiii tti t tti t T t 2 222 2 221 )()( 0 , (1) где 22 , COGOG ii tt — соответственно потоки кислорода и углекислого газа через капиллярно-тканевой барьер; 22 , COqOq ii tt — скорость утилизации кислорода и образования углекислого газа в i -м тканевом регионе; i — коэффициенты, ха- рактеризующие степень кровенаполнения тканей; 21,  — коэффициенты, отра- жающие чувствительность организма к недостатку кислорода и избытку углекис- лого газа в организме; для каждого обследуемого выбираются соответствующие его индивидуальным особенностям коэффициенты чувствительности 1 и .2 Состояние динамической системы, которая представлена в модели, определя- ется уровнем напряжений кислорода 2pO и углекислоты 2pCO в крови и ткане- вых регионах. Таким образом, в процессе моделирования формируются кисло- родные и углекислотные портреты организма при различной интенсивности функциональной деятельности мышц. При планировании поединка, тактики и стратегии противостояния противнику тренер учитывает, безусловно, функциональные возможности своего ученика, а также его соперников. Ситуационное моделирование [4] позволяет ему создать модель воз- можного течения поединка, а модель функционального ресурса организма — оценить изменение функционального состояния спортсмена в ходе имитируемого поединка и разработать рекомендации для возможного поведения (тактику и стратегию) в ходе противоборства. Подробное описание программного комплекса для оценки функцио- нального состояния лиц, занимающихся спортивными единоборствами, представлено в [5]. Предусмотрена индивидуализация модели, учитывающая вес, рост, структура мышц. В модель введены коэффициенты чувствительности организма к гипоксии и избытку углекислоты. Для каждого индивидуума они различны и зависят от степени адаптации организма к физическим нагрузкам и состояния его психофизиологическо- го статуса. Опыт использования модели показывает, что уменьшение этих коэффици- ентов в тренировочном процессе свидетельствует об эффективности процесса. Одна- ко эти коэффициенты не должны превышать некоторые пороговые значения, вызы- вающие разрегулируемость (неуправляемость) динамической системы и, как следствие, развитие патологических процессов. Выбор коэффициентов чувствитель- ности осуществляется таким образом, чтобы расчетные показатели при данном выбо- ре, определенные в результате моделирования проведенного эксперимента, совпадали с данными, которые можно получить инструментальным путем. На модели ФСД рассчитывается изменение напряжений кислорода и углекис- лоты в тканях мозга, в сердечной мышце и работающих скелетных мышцах. Очень важно, чтобы в ходе планируемого поединка напряжения кислорода в сер- дечной и скелетных мышцах не вошли в зону критического .2pO Обычно тренер дает спортсмену установку на поединок с учетом воз- можностей соперника. Однако может возникнуть ситуация, когда соперник будет вести поединок не так, как от него ожидают. И тогда в ходе поединка борец должен перестроиться и самостоятельно принять решение о тактике Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 3 165 ведения конкретной схватки. В этой ситуации существенное значение имеют уровни 2pO в тканях мозга, которые тоже не должны войти в зону критических. При разыгрывании различных эпизодов поединка на модели тренер имеет воз- можность определить оптимальную стратегию поведения и тактику ведения поединка, которая может обеспечить победу. Конечно, выбор моментов для атакующих спуртов и проявления функциональной активности борца во многом зависят от поведения со- перника, его физической и технико-тактической подготовленности, однако можно за- ранее на модели обыграть различные варианты ведения схватки, распределить величи- ну физических усилий во время поединка, величину фоновой активности и т.п. [3]. Обычно на соревнованиях борцы проводят две-три схватки на протяжении ко- роткого промежутка времени, поэтому большую роль играет процесс восстановления, спортсмену необходимо восстановиться и физически, и психологически к следующе- му поединку, т.е. должны восстановиться уровни 2pO в тканях скелетных мышц, сердца и мозга. Поэтому большое значение для успешного проведения следующего поединка имеет выбор оптимальной модели реабилитации спортсмена после выпол- ненной нагрузки за короткий временной интервал. Одним из наиболее эффективных способов восстановления может оказаться фармакологическая коррекция вторичной тканевой гипоксии, которая возникла в тканях работающих органов. Математическое моделирование процесса поединка и последующего процесса реабилитации дает воз- можность подобрать наиболее оптимальный индивидуальный вариант реабилитации. На первоначальном этапе в математическую модель ФСД вводятся индивидуальные данные спортсмена и ритмограмма поединка — диаграмма распределения физиче- ских усилий борца в поединке. При этом расчеты выполняются на пятикомпартмент- ной модели: кроме традиционных тканей мозга, сердца и скелетных мышц выделяют- ся также ткани печени. Как указано в [2], в модели динамики напряжений респира- торных газов рассматривается их изменение в m тканевых резервуарах. При этом принято, что каждая из рассматриваемых тканевых жидкостей гомогенна по отноше- нию к респираторным газам, и скорость потребления кислорода ,1q и выделения уг- лекислого газа 2q являются функцией от степени активности ткани (нагрузки), т.е. математическая модель функциональной системы дыхания и кровообращения допол- няется уравнениями ,0 11 qHq i   ,12 qRq   (2) где H — нагрузка, 0 iq — скорость потребления кислорода в i -м тканевом регионе в условиях основного обмена, i — переводной коэффициент, R — дыхательный ко- эффициент. Блок фармакологической коррекции Далее математическая модель динамики кислородных и углекислотных режимов организма дополняется уравнениями, описывающими изменение концентрации фар- макологического препарата в каждой структуре системы дыхания [6]. При этом пред- полагается, что наиболее эффективно введение антигипоксанта внутривенно. В этом случае динамика препарата f в смешанной венозной крови имеет вид , vititi i v ffffftf t f vf QcQdcQ d dc V     (3) где ictfc — концентрация препарата в крови тканевых капилляров региона ,it it fc — концентрация препарата в тканевой жидкости региона .it 166 ISSN 0572-2691 Напряжения респираторных газов и концентрация антигипоксанта f в ве- нозном русле можно представить в таком виде:                    )( 1 11 1 1 1 iiicti i v v cttt tv v QHbQ HbV d dp ,11111      vvshash QHbpQQHbQ att (4)                  vv v p z BH p z HbV d dp v BH v vv 22 2 2 )1( 1        atBHttBHt t zQBHpQpQBHpQ shashashicti i 22222 )(  vshictii i pQzQHbzQHb atatct t 222 )1())1(( ,)1(      vvvBH zQHbzQBH (5) . 1             i vashicti v t fftft v f cQcQcQ Vd dc (6) Здесь jp — напряжения респираторных газов в a — артериальной, v — сме- шанной венозной крови, it c — крови тканевых капилляров, it — тканевой жид- кости, shQQ, — объемные скорости системного кровотока и кровотока при шун- тировании легких, 21,  — коэффициенты растворимости газов в плазме крови, BHHb, — концентрации гемоглобина и буферных оснований в крови, BH, — постоянные Гюфнера, vV — объем венозной жидкости,  — степень насыщения гемоглобина кислородом, jz — степень насыщения крови кислородом или угле- кислым газом. Предполагается, что вывод антигипоксанта f из организма осу- ществляется через почки, при этом изменение концентрации препарата f в по- чечной ткани определяется уравнением , iiit it ii tftf f tf cQG d dc V    (7) где fQ — скорость фильтрации жидкости. Блок коррекции гипогликемии Полностью модель транспорта глюкозы в организме описана в работе [7] . Представим здесь лишь отдельные фрагменты модели. Пусть 22, OpOp ARS — парциальные давления кислорода в дыхательных путях (RS) и альвеолярном Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 3 167 пространстве (A) соответственно; 2222 ,,, OpOpOpOp vtcta ii — напряжения кислорода соответственно в артериальной (a), смешанной венозной )(v кро- ви, крови тканевых капилляров ),( ict тканевой жидкости );( it ,,, g ct g a g cl i CCC ,,1,, miCC g v g ti  — концентрация глюкозы в крови и тканях, ,,,, i t i ct i a i cl ii CCCC ,i vC ,,1 mi  — концентрация в тех же регионах инсулина. Предполагается, что кровь легочных капилляров выполняет трансферную функцию относи- тельно глюкозы и инсулина, поэтому положим: ,0,,  i A g A i RC g RC i v i LC g v g LC CCCCCCCC Q Vd dC a g a 1   ),( g a g v CC  Q Vd dC a i a 1   ).( i a i v CC  При этом предполагается отсутствие взаимодействия глюкозы и инсулина в артериальной крови. В звене кровь тканевых капилляров–ткани для описания динамики концен- трации глюкозы и инсулина воспользуемся фрагментами модели [8]. В этой моде- ли предполагается метаболизм инсулина и глюкозы при их взаимодействии. Ди- намика концентраций глюкозы и инсулина описывается уравнением i i ct g ct Vd dC 1   ).( g ctct g t g ctict iiii CQGCQ  В целом для всех видов тканей динамика концентраций глюкозы описы- вается уравнением i i t g t Vd dC 1   iiiii tt g tt g t VOqqVG 12[  )( 0g t g t ii CC  ].)(H Отдельно выпишем уравнения для тканей печени: i i ct i ct Vd dC 1   ),( i ctct i t i ctict iiii CQGCQ  i i t i t Vd dC 1   iiii t i tt i t VqVG 21  )( 0 g t g t ii CC  ,)(H где iii ttt SDG  ),( ii tct CC  )(H        .0,1 ,,0,0 0g ti C Здесь 1 — чувствительность скорости изменения концентрации инсулина к снижению ниже нормы, 2 — чувствительность скорости изменения концентра- ции инсулина к взаимодействию глюкозы и инсулина, 1 — скорость распада ин- сулина, 2 — коэффициент чувствительности скорости изменения концентрации инсулина к гипергликемии, ,fQ как и для уравнений фармакологической коррек- ции, — скорость вывода препарата. 168 ISSN 0572-2691 Уравнения динамики концентраций глюкозы и инсулина в смешанной веноз- ной крови имеют следующий вид: ,)()( 1 0 1            g v g v g vv g v g ctct tiv g v ZHCCVQCCQ Vd dC ii ,)Z()()( 1 12 0            i vv g v g vv i v i ctct tiv i v CVHCCVQCCQ Vd dC ii где )(Z имитирует внутривенное введение определенной дозы глюкозы. Заметим также, что глюкоза вводится внутривенно и ее введение имитирует- ся -функцией или ступенчатой функцией. Метаболизм глюкозы осуществляется в тканях печени и других тканях, вывод осуществляется через почечную ткань. Изменение напряжений кислорода и углекислоты определяется интенсивностью окислительных процессов во всех тканевых регионах организма. Алгоритм работы программного комплекса Далее создается модель данных по результатам лабораторных исследований спортсмена. На модели имитируются различные варианты реабилитации орга- низма спортсмена и проводится компьютерный анализ принятия решений о наиболее оптимальном варианте реабилитации. Алгоритм работы программного комплекса представлен на рис. 2. Рассмотрим итерационную процедуру предло- женного программного обеспечения. 1. Инструментальное обследование спортсмена. 2. Данные обследования вводятся в модель кислородных режимов организма (КРО), позволяющую получить некоторые данные о функциональном состоянии спортсмена и ряд исходных данных для работы модели динамики [9]. 3. Осуществляется интегральная оценка кардиореспираторной системы на основании модели статики [10]. 4. Исходные данные, полученные при физиологическом обследовании и в ре- зультате работы модели статики, вводятся в качестве исходных данных в модель динамики [2], модель индивидуализируется и осуществляется имитация физиче- ской нагрузки. Полученные данные анализируются. 5. Имитируются различные варианты реабилитации организма спортсме- на с помощью фармакологических препаратов и глюкозы, проводится компью- терный анализ и принимаются решения о наиболее оптимальном варианте ре- абилитации. Этот подход применялся при обследовании спортсменов высшей квалификации, специализирующихся в вольной борьбе [5]. Данные обследования и последующая имитация покоя и нагрузки в условиях гипобарической гипоксии позволили судить о степени тканевой гипоксии. Результаты обследования показали, что практически у всех спортсменов имеются запасы физической мощности, и они могут выполнить зна- чительную нагрузку, поскольку напряжения кислорода в тканях сердца и скелетных мышцах еще далеки от критических уровней. Значительно ниже оказались резервные возможности у тканей мозга у некоторых спортсменов, что может привести, в частно- сти, к нарушению координации и помешать принятию адекватных решений. Это под- твердилось при обсуждении результатов имитационного моделирования с тренерами. Оказалось, что спортсмены, у которых напряжения кислорода в тканях мозга были низкими, при необходимости в процессе поединка менять тактику ощущали затрудне- ния, терялись, неверно оценивали свое состояние и состояние соперника, иногда даже забывали выполнить хорошо наработанные контрприемы. В то же время борцы, у ко- Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 3 169 торых этот показатель был высоким, адекватно реагировали и полностью меняли так- тику поединка, когда их соперники проводили свой поединок нестандартно. Для спортсменов, которые проводят на соревнованиях по несколько поединков в день, важно восстановиться физически и психологически, перенастроиться на следующий поединок. Исследование психофизического статуса Спортсмен Физиологическое обследование Данные инструментального обследования Модель КРО Эталон Индивидуализация Интегральная оценка Модель ФСД Оценка функционального состояния Модель фармакологической коррекции Коррекция процесса восстановления Модель транспорта глюкозы Конец работы Рис. 2 Заключение Предложенное программное обеспечение может оказать существенную под- держку при решении комплекса задач, связанных с процессом отбора спортсменов, специализирующихся в спортивных единоборствах, с учетом состояния здоровья, уровня развития и тренированности, состояния основных систем жизнедеятельности организма, лимитирующих возможности выполнения ими работы при различных внутренних и внешних возмущениях. Эту систему также можно использовать для ре- абилитации организма спортсменов в восстановительный период после серьезных травм, когда интенсивные спортивные тренировки прекращены на длительный пери- од и в процессе реабилитации после прекращения активной спортивной деятельности. Описанный программный комплекс позволяет оценить функциональный ресурс ор- ганизма при вторичной тканевой гипоксии в пострабочий период и выбрать наиболее оптимальный вариант текущего, срочного и отставленного восстановления и может быть полезен для реабилитации лиц, выполняющих тяжелую работу в экстремальных условиях. Опыт работы с описанными выше имитационными моделями может приве- сти и к постановке новых исследовательских задач, решение которых необходимо при отборе и подготовке спортсменов. 170 ISSN 0572-2691 Н.І. Аралова ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ РЕАБІЛІТАЦІЇ СПОРТСМЕНІВ, ЯКІ ЗАЙМАЮТЬСЯ СПОРТИВНИМИ ЄДИНОБОРСТВАМИ Представлено математичні моделі та комплекс програмної підтримки для оцін- ки функціонального ресурсу організму людини на основі математичної моделі функціональної системи дихання та оптимізації вибору режиму відновлення піс- ля важкого фізичного навантаження. N.I. Aralova INFORMATION TECHNOLOGIES OF DECISION MAKING SUPPORT FOR REHABILITATION OF SPORTSMEN ENGAGED IN COMBAT SPORTS On the basis of a mathematical model of functional respiratory system and optimi- zing the choice of the mode of rehabilitation after severe physical exertion, a mathe- matical model and a set of supported software for the evaluation of the functional re- source of the human body are presented. 1. Платонов В.Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. Общая теория и практические приложения. — Киев : Олимпийская литература, 2004. — 808 с. 2. Биоэкомедицина. Единое информационное пространство / В.И. Гриценко, М.И. Вовк, А.Б. Котова, В.М. Белов, О.П. Минцер, С.И. Кифоренко, Ю.Н. Онопчук, Л.М. Козак, И.И. Ер- макова. — Киев : Наук. думка, 2001. — 318 с. 3. Прогнозирование состояния борца в процессе поединка на основе математической модели функциональной системы дыхания / Н.И. Аралова, Ю.И. Мастыкаш, Ю.Н. Онопчук, Б.А. Подливаев, П.В. Белошицкий // Компьютерная математика. — 2005. — № 2. — С. 69–79. 4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М. : Наука, 1968. — 362 с. 5. Математичне прогнозування стану борця в поєдинку / П.В. Білошицький, Н.І. Аралова, Ю.М. Онопчук, Б.А. Подліваєв // Спортивна медицина. — 2009. — № 1, 2. — С. 55–59. 6. Ляшко Н.И., Онопчук Г.Ю. Фармакологическая коррекция состояний организма. Матема- тическая модель и ее анализ // Компьютерная математика. — 2005. — № 1. — С. 127–134. 7. Гальчина Н.И. Математические модели оценки энергетического ресурса при интенсивной работе и его восстановления в пострабочий период // Кибернетика и системный анализ. — 2014. — № 6. — С. 132–136. 8. Сурова Н.М., Злепко С.М., Прудиус П.Г. Порівняльний аналіз математичних моделей про- гнозування розвитку цукрового діабету (за даними літературних джерел) // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. — 2011. — № 1. — С. 185–191. 9. Автоматизированная информационная система функциональной диагностики спортсме- нов / А.А. Аралова, Н.И. Аралова, Л.А. Ковальчук-Химюк, Ю.Н. Онопчук // Управляющие системы и машины. — 2008. — № 3. — С. 73–78. 10. 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. Получено 26.10.2015 После доработки 21.12.2015

Информационные технологии поддержки принятия решений при реабилитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами

Репозитарії

Схожі ресурси