Мониторы сердечного ритма - средство оперативного контроля в спорте

1. Мониторы сердечного ритма- средство оперативного контроля в спорте.

Мониторы сердечного ритмасредство оперативного
контроля в спорте.

2. Учебные вопросы

• Общие теоретические сведения.
• Обзор аппаратных средств индивидуального
контроля ЧСС, применяемых в физической
культуре и спорте.
• Обзор программных средств контроля и
анализа ЧСС, применяемых в физической
культуре и спорте.
• Практическое применение программноаппаратного комплекса для анализа ЧСС у
спортсменов.

3. Источники

• www.polar.fi
• www.suunto.fi
• www.firstbeat.fi
• www.skisport.ru
• www.kubios.uku.fi
Saalasti S. 2003: Neural networks for heart rate time series analysis.
Ph.D. Dissertation. Department of Mathematical Information
Technology, University of Jyväskylä, Finland

4.

Восстановление в спорте
• Процесс восстановления физиологических
и психологических нарушений, вызванных
физической культурой и стрессами
жизненных ситуаций.
Тренировки
и стресс
Процесс
востановления
Баланс труда
и отдыха

5.

работоспособность
Overload-принцип:
Суперкомпенсация
восстановление
Тренировка
Время

6.

RR-интервал (RRI) = Интервал между
вершинами R зубцов на ЭКГ
Heart period (R-R interval, ms)
R
T
P
Q
S
RR-Interval = Временной отрезок между вершинами R-R
интервалов. При точном измерении может использоваться для
анализа вариабельности ритма сердца

7.

Starting point: RR-Interval (ms)
R
R
Respiratory induced
sinusarythmia =>
Breating frequency
STFT => Spectral
components (HF. LH)
=> Vagal activity,
sympato-vagal
activity
Heart rate

8.

Пример программной обработки данных
ВСР
EPOC

9.

ВНС:
Стресс – истощение - Восстановление
100%
Полное восстановление
Нормальный диапазон
INDEX
75%
Риск возникновения
дизадаптивного состояния
Повышение
Симпатической
активности
INDEX
45%
симпатическая
Повышение
парасимпатической
активности
)
Состояние
Регуляторного
дисбаланса
INDEX
30%
Индекс восстановления
Функциональный
класс автономной
нервной системы
INDEX
98%
вагус
Уровень восстановления (%)
(TOTAL RESOURCES)
50%
Состояние
Хронической
усталости
INDEX
10%
0%

10.

HEART RATE VARIABILITY
Временной анализ
– Стандартное отклонение R-R интервалов (SDRRI)
– квадратный корень средних квадратов разницы между
смежными NN интервалами(RMSSD)
Частотный анализ = power spectral analysis
– Высокочастотный компонент (HFP, 0.15-0.40 Hz, peak
0.25Hz);
Обусловлен влиянием парасимпатической ВНС
– Низкочастотный компонент (LFP, <0.15 Hz, peak 0.10 Hz);
частично обусловлен влиянием симпатической ВНС
– LF/HF ratio; симпатовагальный баланс
Нелинейный анализRRIs
– скаттерграмма
Katona et al., JAP 1982; Uusitalo & Rusko, MSSE 1994; Uusitalo et al., Clin Physiol 1996

11.

Мощностной спектральный анализ
Ортостатический тест
HR (bpm)
110
90
70
50
Supine period
Standing
30
0
100
200
300
400
500
t (s)
Power [ms²/Hz]
25000
20000
Лежа
25000
VL F Power
HF Power
2529 ms²
1349 ms²
20000
V L F power
195 ms²
15000
15000
10000
Стоя
Power [ms²/Hz]
L F Power
10000
557 ms²
5000
5000
Freq [Hz]
0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40
L F power
406 ms²
HF power
79 ms²
Freq [Hz]
0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40

12. Быстрое преобразование Фурье: Временно-частотный анализ ВРС - RRI Variability

Быстрое преобразование Фурье:
Временно-частотный анализ ВРС RRI Variability
Low Frequency Power (0,04-0,15 Hz)
High Frequency Power (0,15-1,0 Hz)
Total Power (0,04-1,0 Hz)
LFP
HFP
TFP
ln(ms2)
ln(ms2)
ln(ms2)

13.

Быстрое преобразование Фурье
позволяет в динамике отслеживать влияние ВНС на сердечный
ритм

14.

Открытие 1: Расчет частоты дыхания
во время физической активности
A)
B)
C)
D)
Time

15. Влияние частоты дыхания на ВСР

De Meersman, Eur J Appl Phys (1992) 64: 434-436

16.

Heart Rate (bpm)
60/RRI
Связь ЧСС и ЧД в покое
65
60
55
50
5
10
15
20
25
30
20
25
30
Дыхательные циклы
Time (s)
-0.6
-0.8
-1
-1.2
-1.4
5
10
15
Time (s)

17.

ВСР в покое (а), во время субмаксимальной нагрузки
(В) и во время максимальной упражнений или после
блокирования парасимпатической нервной системы
A)
B)
C)
Time
Трудно определить ЧД когда ВСР снижается

18.

Sec
Оценка достоверности метода
определения ЧД
Respiratory Period
5
Estimate
Measured
4,5
4
3,5
3
2,5
2
Максимальная ошибка
±1.3 дыхания в минуту, в
среднем.
1,5
Measured Respiratory Rate
(breaths*min -1)
1
70
60
50
r2 = 0.84
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
-1
Calculated Respiratory Rate (breaths*min )

19.

Открытие 2: Точный расчет
потребления кислорода из ЧСС, ЧД и
информации от начала и окончания
упражнения (on/off)

20.

ПК из данных ЧСС и ЧД
Estimate
50
Measured
40
30
20
10
0
10
510
1010
1510
2010
2510
Time [sec]
-1
Measured VO 2 (ml/kg*min )
VO2 [ml/kg/min]
60
70
60
50
r2 = 0.915
40
30
20
10
0
0
10
20
Estimated VO2
30
40
HR+RespRRI
50
60
(ml/kg*min
70
-1
)

21.

Взаимосвязь между ПК и ЧСС во время On(3min) и Off-фаз (10 min) записи
40% VO2max
Incremental
100% VO2max test
70% VO2max

22.

RRинтервалы
Автоматичес
кая
коррекция
артефактов
ЧД
ЧД макс
%ЧД Макс
ЧСС
%ЧСС
макс.
%МПК
МПК
ПК
On-Offинформаци
я
Max. Heart
Rate

23.

24.

Открытие 3:
Прогноз кислородного долга
(EPOC)

25.

Кислородный долг (EPOC):
Excess Post-exercise Oxygen Consumption
Brooks & Fahey, EXERCISE PHYSIOLOGY, John Wiley
& Sons Inc 1984:
”В действительности возникновение
кислородного долга связано с обратимыми
нарушениями гомеостаза”
"EPOC интегрирует эффекты повышение температуры
тела, изменения в стрессовых гормонов и метаболитов
уровней, изменения внутриклеточной концентрации ионов
и т.д. после тренировки«
Является физиологической мерой для нарушения
гомеостаза, накоплении усталости и времени
восстановления.

26.

•EPOCpred: EPOCt = EPOCt-1 + f(EPOCt, %HRt, Δt)

27.

Накопление КД в зависимости от
интенсивности тренировки.
200
40 %
50 %
60 %
70 %
80 %
90 %
40
50
60
180
160
EPOC. ml/kg
140
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
Time, min
70

28. Проверка достоверности модели

Rusko et al. ACSM 2003

29.

EPOCpred изменяется динамически в
зависимости от интенсивности
упражнения
HR (bpm)/EPOCpred (ml/kg)
200
HR
175
EPOCpred
150
125
100
75
50
25
0
0
10
20
30
Tim e (m in)
40
50
60

30.

Открытие 4:
Прогнозирование
перетренированности в тренировочном
процессе.

31. Синдром перетренированности у молодой спортсменки

Норма:
HR 48 bpm,
SDRRI 82 ms
Перетренирован
ность. Запись
через 8 недель
HR 47 bpm,
SDRRI 12 ms
Uusitalo 2000,
Suomen Lääkärilehti

32. Ортостатический утренний тест на перетренированность

Данные сравниваются каждое утро (реализовано в Polar)
Лежа 5 мин
Стоя 3 мин.

33.

Пример суточной записи 1
После стресса ночное восстановление
30
25
ЧСС
20
15
Движение
10
КД
5
0
-5
Стресс
-10
отдых
-15
-20
8
10
12
14
16
18
20
22
Time of Day
24
2
4
6
8
10

34.

Пример суточной записи 2
Ночное восстановление отсутствует
Koehenkilö 07150201
STR=24
TU=JNKV,CY
KL=5
IKÄ=49
ЧСС
Fbt:Stressi
BBF:Syke
Acw:Liike
BBF:EPOC
Fbt:Rento
30
25
20
15
Стресс
КД
Работа
10
5
0
-5
-10
отдых
-15
-20
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Kellonaika
2
4
6
8
10
12
14

35.

Physiological model of the body functions
Heart beat data as an input, body functions as an output
• respiration, ventilation
• oxygen consumption (VO2 , %VO2max)
• energy consumption
• fatigue and accumulated exercise load (EPOC)
Nearly laboratory accuracy in the field, from rest to exercise
Exercise
Stress
Light physical
activity
Recovery

36.

Firstbeat Стресс-отчет
1.
Персональные данные и данные с монитора ЧСС
2.
Распознавание физической активности, стресса или
релаксации
5.
3.
Количественное
отношение
4.Анализ фаз высокого напряжения в течении
дня
6.
Стресс и
восстановление за
8 дней
Анализ ресурсов: Баланс между
стрессом и восстановлением

37.

Пример дневной
Sunday 6.2. записи
С 8 до 9ч. Легкая физ.
активность,
skiing at 13-14,
sauna,
home activities,
watching TV etc.
Resource accumulation

38.

Примеры ночных записей
Friday-Saturday night 4.-5.2.
Saturday-Sunday night 5.-6.2.
Sunday-Monday night 6.-7.2.

39.

Примеры
анализаResource
данных заFollow-up
8 дней
Resource
Profiles,
Friday-Saturday night 4.-5.2.
Sunday-Monday night 6.-7.2.
Saturday-Sunday night 5.-6.2.
Resource follow-up:
Balance between stress and Recovery

40. EPOC at Val Senales, Italia (September-October)

«Неэффективная тренировка»,
Субъективная оценка 8 (0-10)
КД 15
Хорошая производительность ,
Субъективная оценка 8 (0-10)
КД-65

41.

EPOC is scaled to Training Effect
EPOC: How hard
the training was?
Training Effect:
“How the workout
improved my
fitness?”

42. Тренировочный эффект

ТЭ
Результат
Описание
1.0-1.9
Низкий
Улучшение способности к восстановлению; при
продолжительных занятиях (более часа) также улучшение
основной выносливости. Существенного улучшения
аэробной производительности не дает.
2.0-2.9
Поддерживающий
Поддержание аэробного состояния. Формирование
основы для более напряженных занятий в будущем.
3.0-3.9
Продвинутый
Улучшение аэробной производительности при условии
повторения 2-4 раза в неделю. Особых требований к
восстановлению нет.
4.0-4.9
Особо
продвинутый
Быстрое улучшение аэробной производительности при
условии повторения 1-2 раза в неделю. Требует 2-3
восстановительных занятий в течение недели (TE 1-2).
5.0
Наивысший
Очень значительное улучшение аэробной производительности
при условии адекватного восстановления; не должно
выполняться слишком часто.

43. Аппаратные средства контроля ЧСС и ВСР

44. Аппаратные средства

Требования:
• Удобство использования в полевых
условиях
• Надежность и точность измерений
• Доступность, легкость и удобство
эксплуатации
• Невысокая стоимость

45.

Требования (продолжение):
• Возможность записи R-R интервалов
• Связь с ПК

46. Firstbeat BODYGUARD

• Запись R-R интервалов
в течении 5 суток.
• Аккумуляторная
батарея повышенной
емкости
• Передача данных через
USB
• Комфортное ношение

47. Suunto t6d

Получение точной информации
о частоте сердцебиения во
время бега
Просматривайте точные данные
о скорости, расстоянии и высоте
над уровнем моря
Оптимизируйте тренировки,
наблюдая за показателями
контроля их эффективности и
EPOC (повышенного
потребления кислорода после
тренировки) в режиме
реального времени
Полный анализ
физиологических показателей
на компьютере посредством
сайта Movescount.com

48. Polar RS800CX

Высокая точность измерения
пульса, возможность отображения
пульса в % от ЧССмакс
• Часы, секундомер, будильник,
календарь, подсветка
• Память: 99 файлов (тренировок).
• AutoLap – ручная и
автоматическая фиксация
промежуточных результатов
• Распределение нагрузки по зонам
интенсивности
• OwnZone® - определение
индивидуальной зоны
тренировочной нагрузки
• OwnIndex® - определение уровня
тренированности с помощью
фитнес-теста
• OwnCal® - расход калорий за
тренировку
• OwnCode® - защита от помех
• Блокировка кнопок
• Водонепроницаемость 50 м

49. Кардиопередатчик и связь с ПК

• Цифровая передача сигнала
• Удобный пояс для ношения
с надежным электрическим
контактом

50. Suunto Dual Belt

• Нагрудный
ременьпульсометр
предназначен
для любителей
фитнеса, бега и
профессиональ
ных
спортсменов.
• Не работает под
водой!

51. Suunto Memory belt + Docking Station

Простое подключение к ПК через USB
Memory belt также передает данные
на Suunto Team Pod, Suunto PC Pod
или на мониторы-часы Suunto t-серии
Вкл. программное обеспечение Suunto
Идеален для всех видов водного спорта

52. Suunto Team Pack

• 10 датчиков
Suunto ANT Belts
для измерения
частоты пульса,
• Датчик Suunto
Team POD,
действующий на
расстоянии 100
метров, который
принимает
информацию о
физических
данных
спортсмена.

53. Работа с Suunto Team Pack

Оператор в реальном времени
наблюдает за различными
физиологическими параметрами
тренирующихся
Охватывает футбольного
или хоккейного полей

54.

Монитор реального времени

55. Обзор программных средств контроля и анализа ЧСС, применяемых в физической культуре и спорте.

56. Polar ProTrainer 5

57. Возможности программы

• Анализ тренировок
• Анализ ВСР
• Планирование тренировочного
процесса
• Проведение спортивных тестов
(определение АнП, МПК)

58. Пример рабочего поля прораммы

59. Вкладка «тренировки»

60. Пример отчета

61. Firstbeat SPORTS

62. Возможности программы

Наблюдение за восстановлением - помогает предупредить
возникновение синдрома переутомления и выстраивать
тренировочный процесс наиболее оптимальным образом на
индивидуальной основе для каждого спортсмена.
Анализ тренировочного процесса - помогает удостовериться в том, что
подопечный достиг поставленной задачи в данном тренировочном
занятии.
Оценка и наблюдение за стрессом в целом - помогает оценить
факторы, помимо физической нагрузки, которые вызывают стресс в
организме спортсмена.
Дистанционное наблюдение за тренировочным процессом - помогает
получать и анализировать информацию о тренировке и
восстановлении своих подопечных спортсменов в то время как они
тренируются в другом конце мира.

63. Веда-пульс СПОРТ (позволяет анализировать ВСР а так же выявлять АнП)

64. Kubios HRV анализ ВСР

65.

Протокол отчета программы
Kubios

66. Практическое применение программно-аппаратного комплекса для анализа ЧСС у спортсменов.

67. Алгоритм работы

• Запись данных
• Передача на ПК
• Обработка на ПК
• Анализ данных
• Вынесение заключения
• Корректировка тренировочного
процесса

68. Принципы записи

• Запись тренировочного процесса
(целесообразнее записывать весь
тренировочный день)
• Непрерывная запись в течении суток
(до 5 суток)
• Ночная запись для анализа
восстановления во время сна
• Запись данных во время тестирования

69. Обработка данных на ПК

• Расчет ВСР
• Расчет ЧД
• Расчет ПК
• Расчет МПК
• Расчет КД
• Расчет ТЭ

70. Анализ данных

• Автоматизированный анализ данных
• Ручной анализ данных

71. Вынесение заключения и корректировка тренировочного процесса

• Ряд программ позволяет
автоматизировать процесс выдачи
заключения и получить рекомендации
по коррекции тренировочного процесса
(снижение или повышение
интенсивности тренировочного
процесса, в зависимости от
функционального состояния организма
спортсмена)

72. HARD training