5.9. В спорте

Оценка физических возможностей группы мышц человека и их реабилитация, тренировка, развитие, совершенствование представляет интерес в спортивных, при развитии и тренировке индивида, и в медицинских целях, при реабилитации функций мышц после травм.

Инструментальные средства контроля состояния тех или иных объектов обеспечивают исключение субъективизма и высокие точность и достоверность результатов анализа состояния человека.

В практике реабилитации или тренировки функций мышц человека оказывается весьма желательным, а часто и необходимым, обеспечить щадящий режим нагружения объекта с целью предупреждения перегрузок его организма, что может быть достигнуто за счёт контролируемого режима нагружения его организма, а также повышение достоверности выходной информации путем представления дисперсии нагружения мышц человека по частоте реакции и суммарной наработке за фиксируемый отрезок времени, причем представление реально достигнутых результатов желательно предоставлять как наблюдателю (врачу или тренеру), так и объекту, реабилитирующему (развивающему) ту или иную группу мышц.

Желаемый режим реабилитации и/или тренировки объекта достижим с применением устройства управления эргометром (рис. 5.9.1).

Устройство содержит генератор A тактовых импульсов, делители B (B1, B2, B3) частоты импульсов, блок C усиления, блок D биостимуляции, датчик E сокращения нагружаемой группы мышц объекта О, датчик G сердечных сокращений объекта О, блок H задания пороговых значений частоты сокращения сердца объекта О, счетчики K (K1, K2, K3) импульсов, коммутатор L, формирователи M (M1, M2, M3, M4, M5) импульсов, элемент НЕ N, элементы И P (P1, P2, P3), элемент ИЛИ Q, группы R (R1, R2) элементов И, триггеры S (S1, S2), группа T элементов ИЛИ, блоки U (U1, U2, U3, U4) индикации (индикаторы), блок V задания времени выдержки, элементы W (W1, W2) задержки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) X, блок Y определения границ поля дисперсии параметра и сумматор Z.

Рис. 5.9.1

Блок Y определения границ поля дисперсии параметра содержит (рис. 5.9.2.) группы R (R3, R4, R5) элементов И, триггер S (S3), регистры SS (SS1, SS2) памяти, элементы Q (Q1, Q2, Q2) ИЛИ, элемент N (N2) НЕ, формирователи M (M6, M7, M8, M9) импульсов, элементы W (W3, W4) задержки, элементы Q (Q1, Q2, Q3) ИЛИ, группы P (P4, P5) элементов И, формирователи M (M7, M8, M9) импульсов, регистры SS (SS1, SS2, SS3) памяти, блоки HH (HH1, HH2) сравнения и шифратор BS.

Рис. 5.9.2

Устройство работает следующим образом. В блоке H задания значений частоты устанавливается допустимое значение частоты сердечных сокращений конкретного человека и соответствующий код через его выходы поступает на установочные входы делителя B2. В блоке V задания времени выдержки устанавливается значение времени тестирования объекта (реабилитируемого, тренируемого или исследуемого человека) и соответствующий код через его входы поступает на входы управления делителя B3 частоты.

По импульсу запуска устройства, через его вход запуска, триггер S переводится в единичное состояние, и высокий потенциал с его единичного выхода поступает на вход управления генератора A и на вход элемента P1 И. При этом генератор A вырабатывает импульсы с эталонной частотой F₁, тогда на выходе делителя B1 устанавливается частота импульсов F₂, на выходе делителя B3 – F₃, на выходе делителя B4 – F₄, а так как на выходах группы T элементов ИЛИ нулевые потенциалы, то F₂=0, в силу условия F₂=F₁/K₂, где К₂ – коэффициент пересчета импульсов делителя B1, снимаемых с выходов группы T элементов ИЛИ F₃=F₁/K₃, где К₃ – коэффициент пересчета импульсов делителя B3, снимаемых с выходов блока V, a F₄=F₁/K₄, где K₄ – коэффициент пересчета импульсов делителя B2, снимаемых с выходов блока H.

Каждое сокращение контролируемой группы мышц реабилитируемого (тестируемого, тренируемого) объекта О вызывает появление импульса на выходе датчика E, а следовательно, и на выходе формирователя M2, тогда на выходах формирователей M4 и M5 генерируются короткие импульсы в моменты перехода импульсов с выходов датчиков E и G соответственно из области значений ниже порога срабатывания формирователя M2 в область значений выше порога срабатывания формирователя M2.

Импульсы с выхода формирователя M4 через элементы P1 И и Q ИЛИ, при наличии высоких потенциалов на первых двух входах, поступают на вход счетного триггера S1 и каждый раз опрокидывают (переводят) его в противоположное состояние, т. е. обеспечивается поочередное состояние высокого и низкого потенциалов на выходах триггера S1. Кроме того, информация с выходов датчика E поступает на информационный вход АЦП X, а через формирователь M4, элемент И P1, элемент ИЛИ Q и элемент задержки W1 и на вход управления АЦП X, а с задержкой во времени элементом W2 задержки с выходов АЦП X суммируется сумматором Z и отображается блоком U4. Высокий потенциал с выхода триггера S1 поступает на вход формирователя M2 (или M3), на вход элемента И P2 (или P3) и на входы группы R1 (или R2) элементов И. При этом передним фронтом импульса с выхода триггера S1, через формирователь M2 (или M3) счетчик K2 (или K3) обнуляется, а в течение длительности импульса с выхода триггера S1 импульсы с выхода генератора A через элемент И P2 (или P3) поступают на счетный вход счетчика K2 (или K3), где производится подсчет числа импульсов. На время высокого потенциала на выходе триггера S1 элементы И R2 (или R1) открыты и содержимое счетчика K3 (или K2) через элементы И R2 (или R1) и группу элементов ИЛИ T управляет пересчетом делителя B1 и индицируется блоком U1, а кроме того, поступив на информационные входы блока Y, обрабатывается в нем и индицируется блоком U2 (или U3).

Коэффициент пересчета делителя B1 определяется из F₅/К₂=F₂, где F₅ – текущее значение частоты сокращения контролируемой группы мышц, так, чтобы стимулирующее воздействие на выходе блока D всегда оказывалось лидирующим по времени (с опережением по фазе) и чтобы, по возможности, сохранялась постоянной разность фаз между воздействиями (сигналами) и реакциями групп мышц. По мере нагружения объекта O частота и/или амплитуда сигналов на выходе датчика E возрастают, а, следовательно, повышается и F₂, но при этом растет и частота сердечных сокращений. Каждый импульс с выхода датчика G через формирователь M5 фиксируется счетчиком K1, но каждым импульсом с выхода делителя B1 счетчик K1 обнуляется. Коммутатором L обеспечивается вывод высокого потенциала с выходов счетчика K1 только при выполнении неравенства F₆>F₄, а при F₆<F₄ или F₆=F₄ на выходе коммутатора импульсов L сохраняется низкий (нулевой) потенциал. Высоким потенциалом с выхода коммутатора L через формирователь M1 опрокидывается триггер S1 досрочно, в результате чего содержимое одного из счетчиков K2 или K3 фиксируется на меньшем уровне, а делитель B1 частоты на своем выходе соответственно снижает частоту выходных импульсов воздействия на объект О, на выходе элемента НЕ N устанавливается низкий потенциал, запрещающий управление триггером S1 через элемент P1 И, АЦП X и сумматором Z от датчика E. Импульсом с выхода формирователя M1 сумматором Z фиксируется нулевое значение наработки, т. к. на выходе датчика E в это время низкий по амплитуде потенциал. Будучи соединенным через вентиль выход коммутатора L с нулевым входом триггера S2 (на схеме не показано), передним фронтом высокого потенциала с выхода коммутатора L, генератор A может досрочно остановиться, прекратив работу устройства, но зафиксировав выходные параметры объекта О в блоках U1, U2, U3 и U4. Без соединения выход коммутатора L – вентиль – нулевой вход триггера S2 устройство снижает частоту стимулирующих воздействий, выполняя роль их регулятора по текущим значениям частоты сердечных сокращений, т. е. по фактическому психофизическому состоянию объекта, создавая тем самым последнему щадящий, не превышающий допуска, режим нагружения.

Устройство обеспечивает реабилитацию функций мышц, тестирование и тренировку объекта (спортсмена) в спринтерском или в стайерском режиме нагружения его мышц, т.е. обеспечивается, в обязательном порядке, ограничение по предупреждению перегрузки. Таким образом, использование описанного устройства управления эргометром выгодно его отличает от известных устройств аналогичного назначения. Его целесообразно использовать для управления реабилитацией, тренировкой или разработкой функций мышц человека, в частности, и при тренировках спортсменов, причем на устройствах индикации отображается информация в масштабе реального времени и в числовом выражении. Объективная, в масштабе реального времени, информация обеспечивает заинтересованность объекта (реабилитируемого, тренируемого, спортсмена) и врача или тренера в достижении успеха, а равно и в аппаратных средствах управления нагружением (эргометрией) групп мышц при их реабилитации (тренировке).