CC BY
169
по себе центральное зрение и принцип его утомления несколько отличаются от всех предыдущих, так как тут задействован чисто «механический» фактор. Утомление - это результат частой смены фокусировки зрения и задержки зрения на определенном объекте. Зрение человека подчиняется основным физиологическим принципам сенсорной системы, которые заключаются в том, что любому сенсорному органу требуется постоянное раздражение и только это будет гарантом поступления качественной информации организму от внешней среды. Неправильная осанка, длительная фокусировка зрения на отдельном предмете вызывает утомление мышц глаза, в результате чего человек становится рассеянным и не может концентрировать свое внимание на необходимом предмете. Если же человек прилагает усилия к длительной фокусировке взора на определенном предмете - это может вызвать утомление мышечного аппарата, что может сопровождаться болью. Также и резкая смена фокусировки способна доставить массу неприятных ощущений, не говоря о резкой смене освещенности.
В результате проведенных экспериментов были выявлены основные причины утомляемо-
сти зрения слабовидящих детей и подобраны методики релаксации, отвечающие требованиям учебного процесса и позволяющие за максимально короткий период времени восстановить зрительные функции. Также доказана высокая эффективность методов релаксации и возможность их применения в учебном процессе. Результаты показали, что утомляемость учащихся в процессе учебных занятий высока, однако ее можно снизить, используя комплексный подход к процессу обучения. Именно комплекс релаксационных упражнений Грегори-Пейджа У.И. (1999), Вейнера A.A. (1994), Кудряшовой Н.И. (1997), Норбекова М.С. (2002) способен дать наилучший результат, так как единичные методы релаксации подобного эффекта дать не могут. Утомляемость зрительного аппарата возможно снизить в несколько раз, используя релаксацию, именно благодаря ей личностноориентированный подход к процессу обучения станет возможным, что позволит учителю планировать учебный нагрузку, добиваясь максимального усвоения знаний учащимися, избегая чрезмерной нагрузки на зрение как в обычных школах, так и в специализированных учебных заведениях для слабовидящих детей.
Литература
1. Грэгори-Пейдж У.И. Релаксация и восстановление зрения в процессе обучения / У.И. Грегори-Пейдж. - М.: Дрофа, 1999.- 112 с.
2. Вейнер А.А. Ауторелаксация. - М.: Просвещение, 1994. -210 с.
3. Кудряшова Н.И. Зрение: сохранение, нормализация, восстановление. - М.: Новый центр, 1997. - 93 с.
4. Норбеков М.С. Опыт дурака или ключ к прозрению. - СПб.: Весть, 2002. - 146 с.
Налетова Лариса Александровна, канд.биол. наук, ст. преп. кафедры зоологии, Бурятский гос. университет. larisa -naletova@rambler.ru 670000 г. Улан-Удэ, ул. Смолина 24 а.
Naletova Larisa Aleksandrovna, candidate of biological sciences, senior lecturer, department of zoology, Buryat State University, 670000 Ulan-Ude, Smolin str. 24a, E-mail: larisa -naletova@rambler.ru
УДК 621.396.9:616-073
) A.E. Павлов, B.B. Бороноев, В.Д. Омпоков
Исследование уровня тренированности организма спортсменов на диагностическом комплексе АПДК
Проведено исследование пульсовых сигналов в частотной области с помощью Фурье-преобразования и вейвлет-преобразования. Определены наиболее информативные параметры для оценки уровня тренированности организма человека. Ключевые слова: пульсовой сигнал, спектральный анализ, вейвлет, спортсмены.
A.E. Pavlov, V V. Boronoev, V.D. Ompokov The Research of the Level of Fitness of Sportsman Organism at the Diagnostic Complex APDK
The research of pulse signals in the frequency domain using Fourier transform and wavelet transform have been carried out. The most informative parameters for assessment the level of fitness of the human body have been determined.
Keywords: pulse signal, spectral analysis, wavelet,sportsmen.
Система подготовки спортсменов высокой квалификации представляет собой сложный и длительный процесс. В современных условиях, в связи с усилившейся конкуренцией на мировой арене, необходим поиск новых, наиболее эффективных средств и методов подготовки борцов вольного стиля.
Состояние организма человека, являющегося динамической системой, характеризуется наличием относительной уравновешенности реакций организма со средой и одновременным поддержанием гомеостаза внутри живой системы. Приспособление, или адаптация к новым условиям, достигается путем затраты функциональных ресурсов организма и зависит от силы воздействующего фактора, возраста, функционального состояния и адаптационных возможностей организма человека.
Функциональное состояние и адаптационные возможности тесно связаны с уровнем тренированности организма. В оценке уровня тренированности большой интерес представляют исследования пульсовых колебаний, поскольку пульс в организме человека является интегральным процессом, отражающим состояние многих органов и функциональных систем. Форма артериального пульса зависит от силы и скорости сердечных сокращений, ударного объема крови и артериального давления, эластичности и тонуса стенок артерии и т.д. Исследование пульса с запястья обеих рук человека используется в восточной медицине для диагностики функционального состояния внутренних органов [1].
Целью работы является разработка критериев оценки уровня тренированности организма на основе спектрального анализа пульсовых сигналов.
Методика
В исследовании принимали участие 2 группы людей: 1-я группа - 11 борцов вольного стиля в возрасте 20-25 лет, 2-я группа - 30 практически
здоровых людей в возрасте 20-25 лет, не занимающихся спортом. Все спортсмены - мастера спорта России. Исследования проводились с помощью автоматизированного пульсодиагностического комплекса, позволяющего регистрировать пульсовой сигнал с запястья обеих рук человека [1]. Частота дискретизации пульсовой волны составляла 200 Гц, длина реализаций -100 с.
Одним из основных методов обработки и анализа пульсовых сигналов х(<) является спектральный анализ с использованием быстрого преобразования Фурье [2]:
Х(/) = \х(1)е-'2*а (1)
Пульсовая волна относится к квазипериоди-ческому процессу, частотный состав и основные показатели которого зависят от времени и могут изменяться в пределах временного интервала наблюдения. Поэтому для более детального изучения спектральных составляющих пульсового сигнала использован метод вейвлет-анализа [3], который в последнее время активно используется для исследования нестационарных сигналов. Спектр вейвлет-преобразования одномерного сигнала представляет собой некоторую поверхность в трехмерном пространстве, способы визуализации которой могут быть различны. Для анализа частотно-временного состава исследуемого сигнала используется проекция значений поверхности на плоскость частота - время, позволяющая проанализировать изменение интенсивности амплитуд вейвлет-преобразования на различных частотных масштабах и во времени.
Среди многих вейвлетов выбран вейвлет Морле, который характеризуется наилучшим спектральным разрешением [3] и представляет собой плоскую волну, промодулированную га-уссианом единичной ширины:
-г
<¿/(0 =ехр(/2яй:00ехр(^-) (2)
¥(/) = 0(/)ех рГ(/~*а)2) (3)
где ко - параметр, ©ф - функция Хевисайда.
Результаты
На рис. 1а и 2а представлены типичные пульсограммы спортсмена и человека, не занимающегося спортом. На рис. 16 и 26 соответственно их амплитудные спектры:
Рис. 1а. Пульсограмма спортсмена
Из рисунков 1а и 2а видно, что пульсограм-мы спортсмена и человека, не занимающегося спортом, по форме существенно не различаются. Амплитудные же спектры имеют существенные различия. По мере увеличения частоты амплитуда гармоник спектра уменьшается, так что основная мощность пульсового сигнала (90%) лежит в полосе частот от 0,6 Гц до 20 Гц. Поскольку пульсовой сигнал имеет квазипериоди-ческий характер, то спектр пульсового сигнала представляет собой набор гармоник, кратных основной частоте, задаваемой ритмом сердца, и практически равноотстоящих друг от друга, что и наблюдается на рис. 16 и 26. Формы спектров (рис. 16 и 26) пульсовых сигналов спортсменов и людей, не занимающихся физической культурой и спортом, существенно отличаются друг от друга. Различие состоит в том, что в первом случае на спектре пульсового сигнала спортсмена (рис. 16) наблюдается уширение спектральных составляющих сигнала и их большая вариа-
I
Рис. 2а. Нульсограмма человека, не занимающегося спортом
Рис. 26. Амплитудный спектр пульсограммы человека, не занимающегося спортом
ция.
Поскольку частотный состав и основные показатели пульсового сигнала зависят от времени и изменяются в пределах временного интервала наблюдения, необходимо использовать такой математический аппарат, который позволял бы наблюдать не "среднее" значение параметров сигнала во времени, а их изменение во времени и при необходимости исследовать структуру сигналов по локализации исследуемых параметров. Использование вейвлет-преобразований для анализа пульсовых сигналов открывает новые возможности в детальном анализе частотной и временной структуры пульсовой волны. На рис. 3 представлены типичные двумерные вейвлет-спектрограммы пульсового сигнала спортсмена и человека, не занимающегося спортом. Анализируя данные графики, можно выделить частоты, преобладающие в сигнале в каждый определенный момент времени.
V?}
1
(17 0ІІ
(13
№
^ !
'.Гч
Рис. За. Вейвлет-спектрограмма и усредненный спектр спортсмена
На вейвлет-спектрограммах по оси абсцисс -время в сек., по оси ординат -псевдочастоты в Гц. Белые области - области с высокой амплитудой, черные - с низкой. Постоянство расстояний между линиями экстремумов и их параллельность свидетельствуют, что составляющие сигнала - гармонические колебания разных частот. На рис. 3 в районе 1 Гц отчетливо видны чередования белых и черных областей, положение которых соответствует максимумам и минимумам, что указывает на периодический характер сигнала, а их пространственное распределение показывает специфику сигнала. У спортсменов и лиц, не занимающихся физической культурой и спортом, структура вейвлет-спектров сигналов существенно различается, что говорит о том, что изменяется частотный состав пульсовых волн, особенно в полосе частот 0,15 Гц до 0,7 Гц.
йЬ 1 1 Ь
Г. Гч
Рис. 36. Вейвлет-спектрограмма и усредненный спектр человека, не занимающегося спортом
Проведены численные расчеты, в которых были рассмотрены такие характеристики спектрального анализа как значения амплитуд различных гармоник и их взаимных соотношений, соотношение мощностей в различных частотных диапазонах, спектральный край, ширина основной гармоники спектра и т.д. Обработка и анализ значительного экспериментального материала позволили сделать вывод о том, что наиболее информативными для оценки уровня тренированности организма являются следующие параметры: ширина основной гармоники спектра, спектральный край и соотношение мощностей в диапазонах (0,6-8) Гц и (8-30) Гц. В таблице 1 представлены средние значения некоторых характеристик спектрального анализа пульсовых сигналов для спортсменов и для лиц, не занимающихся физической культурой и спортом:
Таблица 1
Мощность сигнала в диапазоне, :мВ“ Ширина основной гармоники, % Спектральный край, Гц Отношение мощностей
(0,15-0,б)Гц (0,6-8)Гц (8-15)Гц (0,б-8)Гц/(8-30)Гц
Спортсмены 7 77 10 17 І ш 57
Не спортсмены 6 78 9 10 14,5±3,5 67
Из проведенных исследований и таблицы 1 следует, что на частотном спектре пульсового сигнала спортсмена наблюдается уширение спектральных составляющих в 1,5-2 раза.
Это свидетельствует о значительной вариабельности спектральных составляющих в пульсовых сигналах тренированных людей. Другим вариабельным параметром, характеризующим
уровень тренированности организма на основе спектрального анализа, является отношение средних мощностей в частотных диапазонах 0,6-8 Гц и 8-30 Гц.
Таким образом, из приведенных исследований следует, что основными параметрами пульсовых сигналов, характеризующих уровень тренированности организма, являются ширина ос-
новнои гармоники спектра пульсового сигнала и отношение средних мощностей в диапазонах 0,6-8 Гц и 8-30 Гц.
Выводы
Исследование пульсовых сигналов с помощью спектрального анализа с использованием Фурье-преобразования и вейвлет-
преобразования позволяет более детально исследовать структуру пульсового сигнала. Ре-
зультаты исследовании показали, что у спортсменов наблюдается уширение спектральных составляющих сигнала и их большая вариация. Проведенные численные расчеты показали, что наиболее информативными для оценки уровня тренированности организма человека являются ширина основной гармоники спектра и отношение мощностей в различных частотных диапазонах.
Литература
1. Бороноев В.В. Пульсовая диагностика заболеваний в тибетской медицине: физические и технические аспекты.
Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2005. 320 с.
2. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1971. 408 с.
3. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: СОЛОН-Р, 2002. 448 с.
4. Валтнерис А. Д., Яуя ЯЛ. Сфигмография как метод оценки изменений гемодинамики под влиянием физической на-
грузки. Рига: Зинатне, 1988. 132 с.
Павлов Александр Емельянович - канд. пед. наук, доцент каф. спортивных дисциплин БГУ.
Бороноев Виталий Васильевич - д-р тех. наук, профессор, зав. лабораторией пульсовой диагностики БНЦ.
Омпоков Вячеслав Дамдинович - аспирант лаборатории пульсовой диагностики БНЦ.
Pavlov Alexander Emelyanovich - candidate of pedagogical sciences, associate professor, department of sports disciplines, Buryat State University.
Boronoev Vitaly Vasilevich - doctor of technical sciences, professor, head of the laboratory of pulse diagnosis, Buryat Scientific Center.
Ompokov Vyacheslav Damdinovich - postgraduate student, laboratory of pulse diagnosis, Buryat Scientific Center.
УДК 616. 12-008
© О. А. Роднаева, М.В. Аюрзанаева Оценка физического состояния организма учащихся старших классов
В статье представлены результаты исследования функционального состояния и адаптационного потенциала организма школьников. Такая диагностика необходима для разработки программы внедрения здоровьесберегающих технологий. Ключевые слова: физическое развитие, адаптационный потенциал, здоровьесберегающие технологии.
O.A. Rodnaeva, М. V. Ayurzanaeva
The Evolution of Physical State of Senior Schoolchildren Organisms
The paper presents the results of a study of the functional state and adaptive potential of pupils’ bodies. Such a diagnosis is necessary for the development of the program of health-saving technologies implementation.
Keywords: physical development, adaptive potential, health-saving technologies.
Состояние физического развития детей является одним из важнейших параметров здоровья. Современная образовательная среда предъявляет высокие требования к учащимся: к уровню физического развития, работоспособности, защитным силам организма. Эти требования зачастую превышают психофизиологические возможности старшеклассника и могут способствовать, таким образом, ухудшению течения и контролируемости соматических заболеваний и являться фактором риска здоровья подростков. В связи с этим разработка и изучение средств и
методов сохранения и улучшения здоровья подрастающего поколения являются приоритетными направлениями в здравоохранении и образовании. Осуществление оздоровительных технологий в образовательных учреждениях предполагает совместную деятельность педагогов, медицинского персонала амбулаторно-
поликлинических учреждений, участие родителей [1].
Целью проведенных исследований явилось изучение функционального состояния, адаптационных возможностей организма учащихся
