Суворов Александр Владимирович, доктор медицинских ... ИМБП РАН, suvaleх@imbp.ru

Суворов Александр Владимирович, доктор медицинских наук, зав.лаб. ГНЦ РФ ИМБП РАН, suvaleх@imbp.ru
Иванов Анатолий Иванович, доцент, кандидат физико-математических наук,
[email protected]
Дёмин Артём Валерьевич, научный сотрудник и соискатель ГНЦ РФ - ИМБП РАН,
соавтор 30 научных работ и 5 изобретений, [email protected]
Математическое моделирование потребления кислорода здоровым
человеком при физической работе возрастающей мощности
Целенаправленная адаптация организма человека к экстремальным условиям
окружающей среды – одна из основных задач, решаемых специалистами ГНЦ РФ - ИМБП
РАН. В ходе исследований по изучению влияния различных дыхательных газовых смесей
на физическую работоспособность здорового человека решали задачу поиска
аналитического выражения закона нелинейной связи потребления кислорода с мощностью
физической работы в воздушной среде.
Потребление кислорода измеряли во время тестов на максимальную
работоспособность на велоэргометре в диапазоне мощности от нулевой до максимальной.
Мощность работы на велоэргометре задавали ступенчато с прибавлением по 15 Вт на
ступень (начиная с 30 или 60 Вт). Продолжительность физической работы на каждой
ступени нагрузки составляла 1 мин. Потребление кислорода за каждый дыхательный цикл
измеряли с помощью газоанализатора с кислородным датчиком - абсорбционным
спектроскопом с лазерным диодом. Для каждой ступени нагрузки результаты измерений
усредняли. Потребление кислорода в покое и при физической работе возрастающей
мощности было измерено у 17 практически здоровых мужчин.
В соответствии с физиологическим механизмом процесса составлено
дифференциальное уравнение первого порядка с разделяющимися переменными,
учитывающее как фактор увеличения скорости потребления кислорода в зависимости от
увеличения мощности физической работы, так и фактор замедления скорости потребления
кислорода, возникающего за счет увеличения вклада анаэробного способа выработки
энергии.
В результате решения дифференциального уравнения найдена нелинейная
зависимость потребления кислорода от мощности физической работы. Найденное
решение – логистическая функция – в диапазоне исследованной мощности адекватно
описывает результаты измерений потребления кислорода в зависимости от мощности
физической работы, начиная с предстартового состояния покоя до максимального
потребления кислорода. Параметры модели характеризуют величину максимально
возможного потребления кислорода и скорость изменения потребления кислорода в
зависимости от мощности физической работы. Установлено, что средние погрешности
модели не превышали 2-3%.
При анализе свойств модели обнаружена новая физиологическая закономерность:
при максимальной скорости изменения потребления кислорода в зависимости от
мощности нагрузки величина потребления кислорода вдвое меньше величины
максимального потребления кислорода (МПК).
Модель апробирована в экспериментах ГНЦ РФ – ИМБП РАН «Марс-520» и
«Гелий-11».