Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания

На математической модели функциональной системы дыхания имитировалось вдыхание спортсменками газовой смеси с низким содержанием кислорода и исследовалась зависимость функциональной самоорганизации их организма от гормонального статуса на протяжении менструального цикла. Полученные результаты свидете...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2018
Hauptverfasser:	Шахлина, Л.Я., Аралова, Н.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України 2018
Schriftenreihe:	Кибернетика и вычислительная техника
Schlagworte:	Медицинская и биологическая кибернетика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144669
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания / Л.Я. Шахлина, Н.И. Аралова // Кибернетика и вычислительная техника. — 2018. — № 3 (193). — С. 64-82. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-144669
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1446692019-01-01T01:23:03Z Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания Шахлина, Л.Я. Аралова, Н.И. Медицинская и биологическая кибернетика На математической модели функциональной системы дыхания имитировалось вдыхание спортсменками газовой смеси с низким содержанием кислорода и исследовалась зависимость функциональной самоорганизации их организма от гормонального статуса на протяжении менструального цикла. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при планировании тренировочного процесса и формировании команд в соревновательной деятельности спортсменок необходимо учитывать особенности адаптации к гипоксической среде при циклических изменениях концентрации половых гормонов в их организме. За допомоги математичної моделі функціональної системи дихання проімітовано вплив вдихання спортсменками газової суміші з низьким вмістом кисню та досліджено залежність функціональної самоорганізації організму спортсменок від гормонального статусу протягом менструального циклу. Отримані результати свідчать про те, що під час планування тренувального процесу та формування команд в змагальній діяльності необхідно враховувати особливості адаптації до гіпобаричного середовища за умови циклічних змін концентрації статевих гормонів у організмі спортсменок. The results of the prediction on the mathematical model of the respiratory system of the athlete's reactions to the inhalation of hypoxic mixtures testify to the specificity of functional self-regulation and, consequently, the adaptive capabilities to the hypoxia of the female body during cyclic changes in the hormonal status in different phases of the menstrual cycle. The results of preliminary studies show that under hypoxic conditions, as a result of inhalation of a gas mixture with 11% oxygen without a compenetration increase in pulmonary ventilation and systemic circulation, the oxygen tension in the body tissues may be below the critical level and with different degrees of expression in different phases of the MC, which is confirmed by the presented results of calculation on a mathematical model of oxygen tension in the studied tissues. 2018 Article Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания / Л.Я. Шахлина, Н.И. Аралова // Кибернетика и вычислительная техника. — 2018. — № 3 (193). — С. 64-82. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 0454-9910 DOI: https://doi.org/10.15407/kvt192.03.064 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144669 519.8.812.007 ru Кибернетика и вычислительная техника Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Медицинская и биологическая кибернетика Медицинская и биологическая кибернетика
spellingShingle	Медицинская и биологическая кибернетика Медицинская и биологическая кибернетика Шахлина, Л.Я. Аралова, Н.И. Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания Кибернетика и вычислительная техника
description	На математической модели функциональной системы дыхания имитировалось вдыхание спортсменками газовой смеси с низким содержанием кислорода и исследовалась зависимость функциональной самоорганизации их организма от гормонального статуса на протяжении менструального цикла. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при планировании тренировочного процесса и формировании команд в соревновательной деятельности спортсменок необходимо учитывать особенности адаптации к гипоксической среде при циклических изменениях концентрации половых гормонов в их организме.
format	Article
author	Шахлина, Л.Я. Аралова, Н.И.
author_facet	Шахлина, Л.Я. Аралова, Н.И.
author_sort	Шахлина, Л.Я.
title	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
title_short	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
title_full	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
title_fullStr	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
title_full_unstemmed	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
title_sort	прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания
publisher	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
publishDate	2018
topic_facet	Медицинская и биологическая кибернетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/144669
citation_txt	Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания / Л.Я. Шахлина, Н.И. Аралова // Кибернетика и вычислительная техника. — 2018. — № 3 (193). — С. 64-82. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
series	Кибернетика и вычислительная техника
work_keys_str_mv	AT šahlinalâ prognozirovaniereakciiorganizmasportsmenoknavdyhaniegipoksičeskihsmesejnamatematičeskojmodelifunkcionalʹnojsistemydyhaniâ AT aralovani prognozirovaniereakciiorganizmasportsmenoknavdyhaniegipoksičeskihsmesejnamatematičeskojmodelifunkcionalʹnojsistemydyhaniâ
first_indexed	2025-07-10T19:52:20Z
last_indexed	2025-07-10T19:52:20Z
_version_	1837290907883274240
fulltext	ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) Ìåäèöèíñêàÿ è áèîëîãè÷åñêàÿ êèáåðíåòèêà DOI: https://doi.org/10.15407/kvt192.03.064 УДК 519.8.812.007 Л.Я.-Г. ШАХЛИНА1, д-р. мед. наук, проф. профессор кафедры спортивной медицины e-mail: sportmedkafedra@gmail.com Н.И. АРАЛОВА2, канд. техн. наук, старш.науч.сотр. старший научный сотрудник отд. оптимизации управляемых процессов email: aralova@ukr.net 1 Национальний университет физического воспитания и спорта Украины ул. Физкультуры 1, г. Киев, 03150, Украина 2 Институт кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины пр. Акад. Глушкова, 40, г. Киев, 03187, Украина ÏÐÎÃÍÎÇÈÐÎÂÀÍÈÅ ÐÅÀÊÖÈÈ ÎÐÃÀÍÈÇÌÀ ÑÏÎÐÒÑÌÅÍÎÊ ÍÀ ÂÄÛÕÀÍÈÅ ÃÈÏÎÊÑÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÌÅÑÅÉ ÍÀ ÌÀÒÅÌÀÒÈ×ÅÑÊÎÉ ÌÎÄÅËÈ ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÎÉ ÑÈÑÒÅÌÛ ÄÛÕÀÍÈß На математической модели функциональной системы дыхания имитировалось вдыхание спортсменками газовой смеси с низким содержанием кислорода и исследовалась зависимость функциональной самоорганизации их организма от гормонального статуса на протяжении менструального цикла. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при планировании тренировочного процесса и формировании команд в соревновательной деятельности спортсменок необходимо учитывать особенности адаптации к гипоксической среде при циклических изменениях концентрации половых гормонов в их организме. Ключевые слова: математическая модель функциональной системы дыхания, тренировоч- ный процесс спортсменок, адаптация организма спортсменок, интервальная гипоксическая тренировка, функциональная самоорганизация организма. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Адаптация к высоким нагрузкам остается одной из актуальных проблем в физи- ологии спорта, труда и в практике спортивной медицины. В современном спор- те высших достижений при существующих тренировочных и соревновательных нагрузках организм находится на грани предельных возможностей индивидуа- льной адаптации [1]. Исследование механизмов регуляции системы дыхания — © Л. Я.-Г. ШАХЛИНА, Н.И. АРАЛОВА, 2018 64 Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 65 одной из важнейших функциональных систем организма — при различных внутренних и внешних возмущениях относится к центральным задачам физио- логии дыхания и кровообращения. Успешное развитие науки об управлении, достижения в разработке те- ории систем, проникновение теории систем в самые разные области науки, техники и социальной сферы сделали возможным осуществление систем- ного подхода к изучению биологических систем и к управлению трениро- вочным процессом спортсменов. Применяющийся в спортивной педагогике системный подход к управле- нию процессом подготовки спортсменов, системообразующим фактором в котором является спортивный результат, позволяет осуществлять детальный анализ процесса подготовки спортсменок и роли в этом процессе биологичес- ких особенностей женского организма [2, 3], его реакций в разные фазы менс- труального цикла (МЦ) на возмущения внутренней и внешней среды организ- ма, из которых одним из наиболее распространенных является гипоксическая гипоксия [4, 5]. Анализ спортивных результатов лучших спортсменок мира свидетель- ствует о том, что двигательная одаренность, высокий духовный потенциал, огромная трудоспособность и упорство в достижении цели позволяет им достичь спортивных результатов, которые ранее были доступны только мужчинам [5]. Вместе с тем, несмотря на большое количество исследований [5, 6], остаются актуальными и малоизученными закономерности формирования адаптационных реакций женского организма к изменениям внешней или внутренней среды. Также представляет интерес характер влияния биологи- ческих особенностей женского организма (цикличность функций его систем в связи с изменением концентрации половых гормонов в крови организма женщины в разные фазы менструального цикла) на психические состояния и физическую работоспособность спортсменок [2, 7]. ÏÎÑÒÀÍÎÂÊÀ ÇÀÄÀ×È Обеспечение работоспособности спортсменок, развитие их выносливости обус- ловлено, прежде всего, аэробной производительностью, определяющейся раз- витием и состоянием функциональной системы дыхания (ФСД), которая вклю- чает систему внешнего дыхания, кровообращения, дыхательную функцию кро- ви, механизмы биологической регуляции, обеспечивающие тканевое дыхание [8]. Также можно предположить, что, наряду с общими закономерностями реа- кций организма на внутренние и внешние возмущающие воздействия, нужно учитывать реакцию организма женщины на гипоксию на протяжении МЦ. Представляют также интерес недостаточно изученные реакции ФСД на изменения гормонального состояния организма женщины в разные фазы МЦ и, в частности, характер кислородных режимов организма (КРО). Эти данные имеют не только теоретическое, но и практическое значение, т.к. они во многом определяют работоспособность женщин [4, 8, 9]. В современной подготовке спортсменок нашло применение такое нетра- диционное средство, как тренировочный процесс в горных условиях и интер- вальная гипоксическая тренировка, направленные на повышение выносливос- Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 66 ти и развитие функциональной системы дыхания [8, 9]. Однако, несмотря на многолетнее использование горного климата, особенности реакции организма женщин на низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе в различные фазы менструального цикла (МЦ) требует дальнейшего исследова- ния, т.к. женские половые гормоны — эстрогены — являются важным звеном в адаптационно-трофических реакциях организма. Эта группа гормонов обес- печивает возможности адекватного приспособления организма женщины к различным возмущающим воздействиям, в том числе и к физическим нагруз- кам, и к недостатку кислорода во вдыхаемом воздухе. Влияние изменяющего- ся гормонального статуса организма на функциональное состояние и работос- пособность спортсменок позволяет предположить, что реакция организма спортсменок на вдыхание газовых смесей с низким содержанием кислорода в разные фазы МЦ будет неодинаковой [4, 8]. Обеспечение работоспособности спортсменок, развитие выносливости обусловлено, прежде всего, аэробной производительностью, определяющейся развитием и состоянием функциональной системы дыхания [8]. Отметим так- же, что если рассматривать организм человека с точки зрения теории надеж- ности и представить его в виде модели цепи со слабым звеном, то таким сла- бым звеном является система дыхания [10]. Она включает органы внешнего дыхания, систему кровообращения, систему дыхательной функции крови, механизмы биологической регуляции, обеспечивающие тканевое дыхание с ее сложными звеньями — нервной и гуморальной регуляцией. На протяжении менструального цикла происходят изменения гормона- льного статуса, вызывая сложную перестройку нейрогуморальной регуля- ции функций всех систем организма — дыхания, кровообращения, дыхате- льной функции крови, потребления кислорода, существенно влияя на фи- зическую работоспособность женщины [9] . В первую фазу цикла функция системы дыхания организма женщины даже в состоянии покоя достаточно напряжена: высокая легочная вентиляция и ско- рость потребления кислорода сопровождаются низкой экономичностью из-за увеличения частоты дыхания (высокий вентиляционный эквивалент и низкий кислородный эффект дыхательного цикла). В системе кровообращения высокая частота сердечных сокращений (ЧСС) при самом низком ударном объеме обус- ловливает достаточно высокий минутный объем крови (МОК). Низкими являю- тся содержание гемоглобина в крови и, следовательно, кислородная емкость крови [11]. Снижается общая и специальная работоспособность спортсменок, увеличивается функциональная стоимость работы. Постменструальная (вторая) и постовуляторная (четвертая) фазы цикла относятся к оптимальным фазам: функции системы дыхания и кровообра- щения наиболее экономичны и в состоянии покоя, и при физических на- грузках, наибольшая кислородная емкость крови повышает аэробные воз- можности организма спортсменок. Третья фаза характеризуется наиболее высокой скоростью потребле- ния кислорода, при этом увеличение минутного объема дыхания (МОД) происходит в основном за счет увеличения дыхательного объема. Средний уровень МОК обусловливается небольшими величинами ударного объема и частоты сердечных сокращений. Фаза характеризуется высокой функци- ональной стоимостью работы. Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 67 Для пятой, предменструальной фазы цикла, характерны высокая и на- именее экономичная легочная вентиляция, осуществляющаяся в основном за счет увеличения частоты дыхания при наименьшем дыхательном объе- ме, следовательно, высоким вентиляционным эквивалентом и низким кис- лородным эффектом дыхательного цикла. Также неэкономично работает система кровообращения — высокое значение МОК обусловлено компен- саторно высокой частотой сердечных сокращений при низком сердечном выбросе. Снижается концентрация гемоглобина в крови. Следствием этого является низкая специальная и общая работоспособность и высокая функ- циональная стоимость выполненной работы [4, 9]. Настоящая работа является продолжением изучения реакций функци- ональной системы дыхания на изменения гормонального состояния орга- низма женщины-спортсменки на протяжении МЦ. В [4] представлены ре- зультаты исследования реакции организма на вдыхание газовой гипоксиче- ской смеси с 11 % кислорода (гипоксический тест 10 минут) в разные фазы МЦ. Однако современные методики не позволяют определить степень тка- невой гипоксии [9] и выявить на основе этого функциональный ресурс организма женщины. Исследования на математической модели ФСД позволили детально проанализировать кислородные режимы отдельных органов и организма в целом и роль отдельных компенсаторных механизмов саморегуляции на вдыхание гипоксических смесей с 11 % кислорода [12, 13]. Имитация на математической модели массопереноса и массообмена респираторных га- зов показали, что вдыхание газовой смеси с 11 % кислорода приводит к снижению напряжения кислорода в артериальной крови ниже 50 мм рт.ст. во все фазы МЦ [14]. Цель исследования — определение реакции функциональной системы дыхания и выявление степени тканевой гипоксии у спортсменок при вды- хании гипоксической газовой смеси в разные фазы менструального цикла. ÐÅØÅÍÈÅ ÇÀÄÀ×È Системный подход требует, прежде всего, получения данных о легочной вентиляции, системном кровотоке, дыхательной функции крови, гипокси- ческом состоянии организма в состоянии покоя и при внутренних и внеш- них возмущениях. Модель построена на гипотезе, что основной функцией системы дыха- ния является наиболее оптимальное удовлетворение потребности организ- ма в биологической энергии [15]. Для этого уровень потребления кислоро- да должен обеспечить энергией скорость синтеза необходимого количества аденозинтрифосфата (АТФ), а скорость массопереноса 2O — уровень по- требления кислорода, который должен соответствовать потребности в нем организма (кислородному запросу). Регулирование кислородных режимов организма осуществляется единой системой, которая координирует и инте- грирует сложнейшую работу самых различных механизмов и подчиняет ее единой задаче — поддерживать на оптимальном уровне кислородные па- раметры на всем пути 2O в организме, т.е. наиболее экономно, эффективно Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 68 и надежно обеспечивать соответствие доставки кислорода кислородному запросу тканей. Математическая модель функциональной системы дыхания. При- меняя системный подход для описания процесса массопереноса респирато- рных газов в организме, представим систему дыхания в виде управляемой системы, в которой осуществляется массоперенос кислорода, углекислого газа и азота и управляющей, которая вырабатывает определенные воздейс- твия, обеспечивающие нормальное течение процесса массопереноса газов [16–18]. Математическая модель управляемой части системы дыхания в [12, 13] представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих динамику напряжений кислорода на всех этапах его пути в организме, в кратком виде имеет вид: )Oq,OG,Q,Q,V,,COp,Op( d Odp iii tttiii i 2222 2 ηϕ= τ )COq,COG,Q,Q,V,,COp,Op( d COdp iii tttiii i 2222 2 ηϕ= τ , (1) где функции ϕ и φ детально описаны в [12, 13]; V — вентиляция, η — сте- пень насыщения гемоглобина кислородом, Q — объемная скорость системного и it Q — локальных кровотоков, 2Oq it — скорость потребления кислорода i - ым тканевым резервуаром, 2COq it — скорость выделения углекислого газа в i -ом тканевом резервуаре. Скорости 2OG it потока кислорода из крови в ткань и 2COG it углекислого газа из ткани в кровь определяется соотношением )pp(SDG iiiii tctttt −= , (2) где it D — коэффициенты проницаемости газов через аэрогематический барьер, it S — площадь поверхности газообмена. Целью управления [16] является вывод возмущенной системы в стаци- онарный режим, при котором выполняются соотношения 122 ε≤− \|OqOG\| ii tt , 222 ε≤+ \|COqCOG\| ii tt , (3) где 1ε , 2ε заранее заданные достаточно малые положительные числа. При этом на управляющие параметры накладываются ограничения maxVV ≤≤0 , maxQQ ≤≤0 , QQ it ≤≤0 , QQ it m i =∑ =1 , (4) где m — количество тканевых резервуаров в организме. Кроме того, для разрешения конфликтной ситуации между исполнитель- ными органами регуляции (дыхательными мышцами, сердечными мышцами и гладкими мышцами сосудов), являющимися в тоже время потребителями кислорода, и остальными тканями и органами [16, 19], введены соотношения Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 69 )(2.. VfOq mresp = , )(2.. QOq mheart ϕ= , )(2.. QOq msmooth φ= . (5) В качестве критерия регуляции рассматриваем функционал τ+λρ+−λρ= ∑∫ ∑ τ≤≤ ≤≤ d])COqCOG()OqOG([minI ii i iii i i maxit max tt t ttt T t t QQ VV 2 222 2 221 0 0 0 m,i 1= , (6) где 0τ — момент начала воздействия возмущения на систему, T — длите- льность этого воздействия, 1ρ и 2ρ — коэффициенты, характеризующие чувствительность конкретного организма к гипоксии и гиперкапнии, it λ — коэффициенты, отражающие морфологические особенности отдельного тканевого резервуара i . При таком управлении минимизируются общие затраты кислорода в орга- низме и в каждом тканевом регионе, а также накопление углекислого газа. При физической нагрузке, изменении качественного состава вдыхае- мого воздуха и других возмущениях внешней и внутренней среды органи- зма, математическая модель (1)–(6) имитирует разрешение конфликтной ситуации между тканями исполнительных и управляющих органов регуля- ции в борьбе за кислород [16] в виде перераспределения кровотока. Пусть в момент времени 0τ резко увеличилась интенсивность работы группы скелетных мышц. В модели это отражается увеличением скорости потребления кислорода 2.. Oq mscel (и продуцированием углекислого газа 2.. COq mscel ): )()( 02..02.. τττ >>> OqOq mscelmscel . Если система до момента вре- мени 0τ находилась в равновесии, то )()( 02..02.. ττ OqOG mscelmscel << и потребу- ется значительное увеличение кровотока в скелетной мышце для компенсации разности )()( 02..02.. ττ OqOG mscelmscel − . Это осуществляется двумя путями [20]: 1. Не изменяя величины системного кровотока Q перераспределить кровоток по тканям. В этой ситуации возникает конфликт между скелет- ными мышцами, работа которых потребовала усиления кровотока различ- ными тканевыми регионами, у которых вследствие этого нарушается рав- новесие. Разрешение этой конфликтной ситуации состоит в том, что все ткани недополучат соответствующего количества кислорода. 2. Рост кровотока в тканях возможен за счет увеличения объемной скорости системного кровотока Q . В этом случае увеличивается интенсив- ность работы мышцы сердца, увеличивается ее кислородный запрос и тог- да в ней развивается кислородная недостаточность. Таким же образом кис- лородная недостаточность возникнет в мышце сердца при компенсации гипоксии за счет работы дыхательных мышц, интенсификация работы ко- торых увеличивает вентиляцию легких. Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 70 Критерий качества регуляции (6) учитывает оба стимула регуляции дыхания — гипоксический, направленный на компенсацию недостатка кислорода, и гиперкапнический, направленный на вывод из организма из- бытка углекислого газа. Задача сводится к поиску оптимальных управля- ющих воздействий V , Q и itQ . При возмущениях внешней и внутренней среды организма возникает бо- рьба за кислород между работающими мышцами и мышцей сердца. В соот- ветствии с моделью оптимального выбора скорости кровотока в органах при возмущении [16] для компромиссного разрешения этой конфликтной ситуа- ции будет выбрано некоторое компромиссное решение, при котором обе гру- ппы мышц будут ощущать нехватку кислорода и напряжение 2O в них снизи- тся. При этом необходимо минимизировать функционалы τ τ d W VOqOG J T brain ctbrainbrain brain brain∫ − = 0 2 22 )( + τ τ d W VCOqCOGT brain ctbrainbrain brain∫ + 0 2 22 )( τ τ d W VOqOG J T heart ctheartheart heart heart∫ − = 0 2 22 )( + τ τ d W VCOqCOGT heart ctheartheart heart∫ + 0 2 22 )( τ τ d W VOqOG J T mscel ctmscelmscel mscel mscel∫ − = 0 .. .. 2 2..2. .. )( + τ τ d W VCOqCOGT mscel ctmscelmscel mscel∫ + 0 .. .. 2 2..2. )( τ τ d W VOqOG J T tisother cttisothertisother tisother tisother∫ − = 0 .. .. 2 2..2.. .. )( + τ τ d W VCOqCOGT tisother cttisothertisother tisother∫ − 0 .. .. 2 2..2.. )( , где 0τ — момент начала возмущающей нагрузки, T — длительность этого воздействия, brainW , heartW , ..mscelW , ..tisotherW — масса мозга, сердца, скелет- ных мышц и других тканей соответственно, brainctV , heartctV , ..mscelctV , ..tisotherctV — объем крови, омывающий соответствующую группу тканей. Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 71 Исходные данные для расчетов. Для получения исходных данных для имитации процесса дыхания обследовали здоровых девушек с нормальной менструальной функцией. Исследования проведены однократно в каждую фазу цикла. Фазы цикла определяли с помощью специального анкетного опроса, по данным ежедневного измерения базальной температуры, феномену „папоротника“ (цитологический тест эстрогенной насыщенности организма). Также определяли МОД, газовый состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха, параметры системы гемодинамики и крови. С их помощью рассчи- тывали показатели, характеризующие состояние системы дыхания и крово- обращения (скорость потребления кислорода, дыхательный объем, дыхате- льный коэффициент, МОД, систолический объем) и показатели, характери- зующие экономичность, интенсивность и эффективность системы дыхания и гемодинамики (вентиляционный и гемодинамический эквиваленты, скоро- сть потребления кислорода на отдельных участках его массопереноса, кис- лородные эффекты дыхательного и сердечного циклов и т.п.) [21]. Далее, используя рассчитанные параметры и данные, полученные в ре- зультате обследования, имитировали условия гипобарии и рассчитывали парциальные давления и напряжения респираторных газов в альвеолярном воздухе, артериальной и смешанной венозной крови, крови тканевых ка- пилляров [14, 22, 23]. На математической модели функциональной системы дыхания проведена имитация вдыхания спортсменками нормобарической и гипобарической сме- си с 11% кислорода в разные фазы МЦ. Для индивидуализации модели систе- мы дыхания использовали следующие исходные данные, полученные в ре- зультате функционального обследования: скорость потребления кислорода, минутный объем крови, масса тела, содержание гемоглобина, дыхательный коэффициент. Исходные данные для расчетов приведены в табл. 1. Табл. 1. Исходные данные для имитации вдыхания газовой смеси соответствую- щей условиям нормоксии и гипоксической гипоксии с 11 % кислорода при раз- личной концентрации половых гормонов в организме спортсменок Фазы МЦ Показатели % 2O I II III IV V 21 57,93 61,74 62,48 66,72 67,28 s/ml,Q 11 79,0 77,14 80,66 79,14 83,15 21 3,26 2,91 3,33 2,93 2,75 s/ml,Oqt 2 11 2,46 4,73 4,12 4,077 3,46 21 0,86 0,81 0,92 0,80 0,90 RQ 11 0,85 0,94 0,85 0,84 0,85 21 388,4 352,6 400,6 345,3 310,0 ml,Vt 11 444,6 469,6 544,2 439,8 422,6 21 124,5 125,5 120,9 122,0 126,6 Hb 11 124,9 124,1 123,0 124,7 130,8 21 3,57 3,7 3,4 3,57 2,9 c,t 11 3,4 3,8 3,5 3,5 3,57 21 56 56 56,5 57 57,5 kg,W 11 56 56 56,5 57 57,5 Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 72 Исследования проводили на модели с четырьмя тканями. При этом скоро- сти потребления кислорода по тканевым регионам распределялись следую- щим образом: в мозге 14,65 %, в тканях сердца 7,87 %, в скелетных мышцах 30,2 % и на все остальные ткани 43 %.Что касается системного кровотока, то его доля в тканях мозга составляла 15,5 %, в сердечной мышце 4,46 %, в ске- летных мышцах 20 % и 60 % в тканях других органов. Известно [15], что уровень напряжения кислорода в тканях зависит от кро- воснабжения и интенсивности окислительных процессов в них. Так, скорость потребления кислорода тканями мозга снижается, если парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси падает ниже 100 мм рт.ст. [24].В усло- виях гипоксической гипоксии при содержании во вдыхаемом воздухе 11 % кислорода, его напряжение в мозге, сердце, скелетных мышцах и других органах существенно снижается [14]. Так, в условиях нормоксии снижение минутного объема крови (во вторую фазу цикла МОК меньше на 489 мл/мин по сравнению с четвертой) приводит к снижению напряжения кислорода в мозге на 2,1 мм рт.ст, в тканях сердца — на 1,6 мм рт.ст., в смешанной вено- зной крови на 1,6 мм рт.ст. по сравнению с четвертой фазой. Незначительное увеличение в пятую фазу по отношению ко второй фазе цикла МОК на 537 мл/мин вызывает более выраженные различия напряжения кислорода в изу- чаемых тканях в эти фазы, так 2pO в мозге ниже на 3,28 мм рт.ст., в сердеч- ной мышце на 2,66 мм рт.ст., в скелетных мышцах — на 2,3 мм рт.ст. Отме- тим более выраженную, по сравнению с сердечной мышцей, реакцию на гипоксическую гипоксию тканями мозга. При увеличении МОК в пятую фазу на 633 мл/мин по отношению ко вто- рой, вдыхание гипоксической смеси с 11 % кислорода привело бы к еще более выраженному снижению 2pO , так, в тканях мозга напряжение кислорода сни- зилось бы на 5,33 мм рт.ст., в сердечной мышце на 2,43 мм рт.ст., в скелетных мышцах — на 4,5 мм рт.ст., в тканях других органов на 4,4 мм рт.ст. Напряже- ние кислорода в тканях стало бы ниже критических уровней, это привело бы к снижению скорости потребления кислорода в них и, как следствие, к наруше- нию их функций. В смешанной венозной крови 2pO снизалось бы на 4,1 мм рт.ст., т.е. наблюдалась бы выраженная венозная гипоксемия. Далее на модели исследовали компенсаторную роль локальных меха- низмов саморегуляции в предупреждении развития тканевой гипоксии при имитации дыхания газовой смесью с 11 % кислорода на протяжении МЦ. Были проведены следующие серии экспериментов. Эксперимент 1. МОД – постоянный, компенсация осуществляется только за счет МОК. На рис. 1. представлены результаты имитации вды- хания спортсменками смеси с 11 % кислорода. Парциальное давление кис- лорода в альвеолярном пространстве во все фазы цикла оказалось бы ниже 50 мм рт.ст., исключение составляет лишь четвертая фаза со значением этого параметра 50,9 мм рт.ст. В артериальной крови напряжение кислоро- да снизилось бы намного ниже критического уровня. Естественным следствием артериальной гипоксемии является снижение напряжения кислорода в исследуемых тканях ниже критического уровня . Заметим также, что в первую фазу МЦ в условиях нормоксии напря- жение кислорода в исследуемых тканях выше, чем во вторую, третью и Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 73 четвертую, в то время, как в первую фазу при гипоксической гипоксии ткани других органов находятся в еще более сложных условиях в плане снабжения их кислородом. Эксперимент 2. МОК равен условиям нормоксии, компенсация осуществля- ется только за счет системы дыхания. Несколько повышается парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе, особенно в первую, третью и пятую фазы цикла (Риc. 2). Напряжение кислорода в смешанной венозной крови ниже 30 мм рт.ст. Особенно это выражено во вторую фазу, и только в пятую фазу 2pO в смешанной венозной крови несколько выше по сравнению с другими. Снижение в артериальной крови напряжения кислорода ниже критиче- ского уровня может привести к снижению скорости потребления кислоро- да с проявлением некомпенсированной гипоксии в тканях. Так, исследова- ние на модели показало, что при вдыхании газовой смеси с 11 % кислорода напряжение кислорода в тканях мозга снизилось бы до 16,4 мм рт.ст., в третью и пятую фазы оно было бы несколько выше 20 мм рт.ст, лишь в четвертую фазу оно было бы 25,91 мм рт.ст, что все равно значительно ниже физиологической нормы. Также снизилось бы 2pO и в скелетных мышцах, и в тканях остальных органов, кроме мышцы сердца, в которой в первую, третью и пятую фазы 2pO увеличилось бы, не достигая, однако, значений нормоксии, во вторую и четвертую было бы ниже 20 мм р.ст. Таким образом, если при гипоксической гипоксии не происходит увеличе- ние МОК, то это бы привело к выраженной артериальной и венозной гипо- ксемии, особенно во вторую и четвертую фазы, а это, в свою очередь, при- вело бы к снижению 2pO в тканях работающих органов. МОД - нормоксия, МОК – возрастает, смесь с 11 % кислорода 1 1 1 1 1 2 2 2 2 23 3 3 3 3 4 4 4 4 4 15 20 25 30 35 40 I II III IV V Фазы МЦ РО2 Рис. 1. Динамика напряжения кислорода в тканях 1 — сердце, 2 — мозг, 3 — ске- летные мышцы, 4 — другие ткани по фазам цикла при компенсации только за счет системы кровообращения Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 74 МОД возрастает, МОК – нормоксия, смесь с 11 % кислорода 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 15 20 25 30 35 40 I II III IV V Фазы МЦ PO2 Рис. 2. Динамика напряжения кислорода в тканях 1 — сердце, 2 — мозг, 3 — скелет- ные мышцы, 4 — другие ткани по фазам цикла при компенсации только за счет системы дыхания МОД - нормоксия, МОК – нормоксия, смесь с 11 % кислорода 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 15 20 25 30 35 40 I II III IV V Фазы МЦ РО2 Рис. 3. Динамика напряжения кислорода в тканях. 1 — сердце, 2 — мозг, 3 — скелет- ные мышцы, 4 — другие ткани по фазам цикла при отсутствии компенсации за счет системы дыхания и кровообращения Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 75 Эксперимент 3. Величины МОД и МОК не изменяются по сравнению с нормоксией. Расчеты показали, что во вторую и четвертую фазы происхо- дит снижение напряжения кислорода ниже 50 мм рт.ст., в третью фазу этот показатель составил бы 50,23 мм рт.ст., в пятую фазу — несколько выше. На рис. 3 видно, что напряжение кислорода в артериальной крови находит- ся между значениями таковых при отсутствии компенсации со стороны МОД и МОК. Что касается степени венозной гипоксемии, то наименьшие значения этого показателя были во вторую фазу, несколько большими бы- ли бы величины в третью и четвертую фазы, в пятую фазу 2pO в смешан- ной венозной крови составило бы 30 мм рт.ст. При полном отсутствии компенсации со стороны системы дыхания и кровообращения в тканях мозга во вторую фазу происходит резкое сниже- ние 2pO , в третью и четвертую фазы этот показатель несколько увеличи- вается до 20,77 и 20,86 мм рт.ст, в пятую фазу до 25,27 мм рт.ст., т.е. эти показатели даже несколько выше, чем при отсутствии компенсации или со стороны МОД, или со стороны МОК. При полном отсутствии компенсато- рной реакции со стороны системы дыхания и кровообращения значения показателя 2pO в сердечной мышце примерно такие же, как и при отсутс- твии компенсации со стороны МОК. Когда же отсутствует увеличение ле- гочной вентиляции, это приводит к самым низким величинам напряжения кислорода в тканях сердца. Анализ имитации отсутствия компенсации со стороны системы внешнего дыхания выявил, что достоверно снижаются 2pO и 2pCO во все фазы цикла, при этом парциальное давление кислорода в альвеолах и напряжение 2O в ар- териальной крови выше в третью и пятую фазы цикла по сравнению со второй и четвертой. При отсутствии компенсации только со стороны системного крово- тока при гипоксической гипоксии снижение этих параметров менее выражено, но снижается при этом 2pO в смешанной венозной крови. Следующая серия экспериментов позволила выявить значение неоди- наковых величин МОД и МОК для обеспечения организма кислородом в разные фазы МЦ. Результаты имитационного моделирования представ- лены в табл. 2. Эксперимент 4. Во все фазы цикла при нормоксии величины МОД и МОК выбираются соответствующие второй фазе цикла, когда значения этого показателя наименьшие попеременно или одновременно. При сни- женном МОК парциальное давление кислорода в альвеолярном пространс- тве и напряжение кислорода в артериальной крови изменяются больше, чем при отсутствии компенсации со стороны МОК. Снижение одновре- менно МОК и МОД в фазе овуляции приводит к еще большему снижению 2pO в артериальной крови. При этом, также, еще больше проявляется ве- нозная гипоксемия. Эксперимент 5. Во все фазы цикла при гипоксической гипоксии величины МОД и МОК выбираются попеременно или одновременно соответствующи- ми второй фазе цикла, когда значения этого показателя наименьшие. Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 76 Табл. 2. Расчетные значения 2pO при имитации вдыхания смеси с 11 % кислоро- да в третью фазу МЦ при различном выборе МОК и МОД (в мм рт.ст.) Ткани МОК МОД Воздухоносн. пути Альвеолярн. воздух Арте- рия Мозг Серд. Ск.м. Друг. Вена III фаза II фаза 74,51 51,17 42,32 23,27 18,9 23,38 32,25 28,94 II фаза II фаза 74,59 51,43 42,93 23,01 18,9 23,02 32,18 28,81 II фаза III фаза 57,79 53,95 45,48 23,78 19,05 23,1 32,6 29,12 III фаза III фаза 63,31 60,8 56,53 41,72 29,08 23,81 Наблюдается та же зависимость, что и при нормоксии: разность изме- нений 2pO и 2pCO больший при отсутствии компенсации со стороны МОК чем со стороны МОД. При одновременном отсутствии этих компен- саторных компонентов венозная гипоксемия становится еще более выра- женной, чем при отсутствии одного из этих компенсаторных компонентов, особенно МОД. Эти результаты свидетельствуют о том, что при возмущении внешней среды в виде гипоксической смеси с 11 % кислорода без увеличения легоч- ной вентиляции и системного кровотока напряжения кислорода в тканях могут оказаться ниже критического уровня (Табл. 2). Серии экспериментов 4 и 5 показали, что в условиях нормоксии ткани мо- зга больше реагируют на изменение кровотока, а в условиях гипоксической гипоксии и на отсутствие компенсации и со стороны МОД и со стороны МОК, особенно при совместном отсутствии компенсаторных реакций. Ткани сердца при нормоксии больше реагируют на отсутствие компен- саторной реакции со стороны системы внешнего дыхания. При гипоксиче- ской гипоксии в третьей фазе 2pO в сердечной мышце снижается по срав- нению с нормоксией на 4, 42 мм рт.ст. при неизменяющемся МОД. В четвертую и пятую фазы цикла за счет повышения тонуса симпати- ческого отдела ЦНС [11] в условиях и нормоксии и гипоксии МОК увели- чивается. Поэтому, следующая серия экспериментов состояла в имитации дефицита со стороны системного кровотока в четвертую и пятую фазы цикла при нормоксии и гипоксической гипоксии. Эксперимент 6. При величине МОД, соответствующей исследуемой фазе цикла, берем МОК по величине равный второй фазе цикла. Получен- ные результаты показывают, что отсутствие компенсации со стороны сис- темного кровотока в условиях нормоксии привело бы к выраженной веноз- ной гипоксемии при некотором увеличении напряжения парциального дав- ления кислорода в артериальной крови и альвеолярном пространстве. Так, если бы МОК в четвертой фазе был бы равным МОК второй фазы, т.е. сни- зился бы на 489 мл/мин, то в смешанной венозной крови 2pO снизилось Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 77 бы на 3, 25 мм рт.ст., а в артериальной крови возросло на 2,22 мм рт.ст. При имитации вдыхания газовой смеси с 11 % кислорода в артериальной крови, в которой 2pO достоверно ниже критического уровня, снижение системного кровотока (до уровня второй фазы цикла) повысило бы 2pO на 0,34 мм рт.ст в смешанной венозной крови. В пятую фазу при замене зна- чения МОК на таковое из второй фазы (МОК снизился на 537 мл/мин в условиях нормоксии и на 633 мл/мин при гипоксической гипоксии) приве- ла бы к менее выраженной венозной гипоксемии, причем как в условиях нормоксии, так и в условиях гипоксической гипоксии. Уменьшение компенсаторного эффекта системного кровотока свиде- тельствуют о большем проявлении венозной гипоксемии и в пятую и, осо- бенно, в четвертую фазы цикла, таким образом подчеркивая значение сис- темного кровотока в эти фазы цикла. При нормоксии снижение системного кровотока привело бы к сниже- нию 2pO в мозге на 5,04 мм рт.ст., в тканях сердца на 2,91 мм рт.ст. В исследуемых тканях при гипоксической гипоксии (вдыхание воздуха с 11 % кислорода) 2pO в тканях мозга составило бы всего 23,27 мм рт.ст. (снижение на 16,86 мм рт.ст. по отношению к нормоксии и на 0,82 мм рт.ст по отношению к гипоксической гипоксии) что значительно ниже критического уровня. В тканях сердца напряжение кислорода снизи- лось бы на 9,98 мм рт.ст. по отношению к условиям нормоксии и на 0,33 мм по отношению к гипоксической гипоксии (18,9 мм рт.ст.). В пятую фазу при имитации условий нормоксии расчеты показали, что 2pO в мозге снизилось бы на 4,73 мм рт.ст, в тканях сердца на 3,07 мм рт.ст., при имитации вдыхания газовой смеси с 11 % кислорода 2pO в тканях мозга снизилось на 13, 91 мм рт.ст, а в сердечной мышце на 7,56 мм рт.ст., снижение величины системного кровотока снизило бы 2pO в тка- нях мозга на 0,95 мм рт.ст, в сердце на 1,12 мм рт.ст., т.е реакция была бы более выраженной чем в четвертую фазы. Приведенные результаты имитационного моделирования наглядно де- монстрируют имеющиеся различия в кислородных режимах тканей орга- низма в разные фазы менструального цикла и достоверные различия в реа- кциях тканей мозга, сердца, скелетных мышц на гипоксическую гипоксию при изменении гормонального статуса организма спортсменки. Результаты теоретического исследования на математической модели массопереноса респираторных газов в организме свидетельствуют о необ- ходимости при планировании тренировочного процесса спортсменок с одной стороны учитывать фазы МЦ, а с другой стороны разрабатывать новые методы, позволяющие улучшать функциональное состояние органи- зма спортсменок и способствовать росту спортивных результатов. При планировании объема, интенсивности, направленности тренирово- чных нагрузок с учетом гормонального статуса организма спортсменки не- обходимо учитывать, что вторая и четвертая фазы цикла характеризуются экономичностью и эффективностью системы дыхания и кровообращения, кислородных режимов организма: проявление скоростно-силовых возмож- Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 78 ностей, проприоцептивная чувствительность, координация движений в эти фазы выше. Поэтому в эти фазы будет более эффективно развитие скорост- но-силовых качеств, специальной выносливости, технического мастерства. В третью фазу, в связи с биологическими особенностями женского ор- ганизма, любой вид деятельности, не имеющий прямого отношения к про- цессу овуляции, становится второстепенным, поэтому нарушается точ- ность и координация движений, повышается лабильность нервных процес- сов, что приводит к снижению работоспособности, т.к повышается функ- циональная стоимость работы, ее силовых и скоростных возможностей. ÂÛÂÎÄÛ При имитации вдыхания газовой смеси с 11 % кислорода были получены значения локальных кровотоков и напряжения кислорода в рассматривае- мых тканях, что позволяет судить о специфике функциональной саморегу- ляции и, следовательно, адаптационных возможностях к гипоксии органи- зма женщин при циклических изменениях гормонального статуса в разные фазы менструального цикла. Результаты предварительных исследований показывают, что в условиях гипоксии в результате вдыхания газовой смеси с 11% кислорода без компенсаторного увеличения легочной вентиляции и системного кровообращения напряжение кислорода в тканях организма может оказаться ниже критического уровня и с разной степенью выражен- ности в разные фазы МЦ, что и подтверждается представленными резуль- татами расчета на математической модели напряжения кислорода в иссле- дуемых тканях. Расчетные значения системного кровотока показали хоро- шее совпадение с данными, полученными экспериментальным путем. Приведенные выше рассуждения говорят о необходимости дальнейше- го изучения индивидуальных реакций организма спортсменок в условиях гипоксической гипоксии для научной обоснованности спортивной подго- товки женщин с учетом биологических особенностей их организма. ЛІТЕРАТУРА 1. Олимпийский спорт.под общ. ред. В.Н. Платонова. Киев: Олимпийская литерату- ра, 2009. Т.2. С.641–671. 2. Шахлина Л.Я.-Г., Чистякова М.А. Психофизиологические состояния спортсменок вы- сокой квалификации, специализирующихся в дзюдо в различные фазы менструального цикла. Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2013. № 8 (116). С. 11–16. 3. Шахлина Л.Я.-Г., Вовчаныця Ю.Л., Калитка С.В. Морфологический и биохимиче- ский состав красной крови спортсменок высокой квалификации, специализирую- щихся в видах спорта преимущественным развитием качества выносливости Лече- бная физкультура и спортивная медицина. 2013. № 9 (117). С. 22–25. 4. Шахлина Л.Я.-Г. Реакция организма спортсменок на снижение содержания кисло- рода во вдыхаемом воздухе в разные фазы менструального цикла. Спортивна ме- дицина. 2008. № 1. С. 78–82. 5. Иорданская Ф.А. Мужчина и женщина в спорте высших достижений. Проблемы полового диморфизма. Москва: Сов.спорт, 2012. 256 с. 6. Шахлина Л.Я.-Г. Особенности функциональной адаптации организма спортсменок высокой квалификации к большим физическим нагрузкам. Спортивна медицина. 2012. № 1. С. 20–30. Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 79 7. Шахлина Л. Я.-Г., Евпак Н.А. Взаимосвязь психофизиологического состояния и спе- циальной работоспособности спортсменок, специализирующихся в водном поло. Спортивна медицина. 2015. № 1–2. С. 59–63. 8. Колчинская А.З., Цыганова Т.Н., Остапенко Л.А. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка в медицине и спорте. Москва: Медицина, 2003. 408 с. 9. Шахлина Л.Я.-Г. Медико-биологические основы спортивной тренировки женщин. Киев: Наук. думка, 2001. 325 с. 10. Онопчук Ю.Н., Белошицкий П.В., Аралова Н.И. К вопросу о надежности функци- ональных систем организма. Кибернетика и вычислительная техника. 1999. Вып. 122. С. 72–82. 11. Спортивная медицина: Учебник для студентов высших учебных заведений физичес- кого воспитания под ред.. Л. Я.-Г. Шахлиной. Киев: Наукова думка, 2016. 452 с. 12. Онопчук Ю.Н., Гриценко В.И., Вовк М.И., Котова А.Б. и др. Гомеостаз функцио- нальной системы дыхания как результат внутрисистемного и системно-средового информационного взаимодействия. Биоэкомедицина. Единое информационное про- странство. Киев. 2001. С. 59–81. 13. Онопчук Ю.Н., Гриценко В.И., Вовк М.И., Котова А.Б. и др. Гомеостаз функцио- нальной системы дыхания как результат внутрисистемного и системно-средового информационного взаимодействия. Биоэкомедицина. Единое информационное про- странство. Киев. 2001. С. 82–104. 14. Аралова Н.И., Шахлина Л. Я.-Г. Математические модели функциональной самоор- ганизации системы дыхания человека при изменении гормонального статуса органи- зма. Международный науч.-техн. журн. «Проблемы управления и информатики». 2018. № 3. С. 132–141. 15. Вторичная тканевая гипоксия. под общ. Ред. А.З. Колчинской. Киев: Наук. думка. 1983. 253 с. 16. Полинкевич К.Б., Онопчук Ю.Н. Конфликтные ситуации при регулировании осно- вной функции системы дыхания организма и математические модели их разреше- ния. Кибернетика. 1986. № 3. С. 100–104. 17. Онопчук Ю.Н. Об одной имитационной модели для исследования сложных физио- логических процессов. Кибернетика. 1979. № 3. С. 66–72. 18. Онопчук Ю.Н. Об одной общей схеме регуляции режимов внешнего дыхания, минутного объема крови и тканевого кровотока по кислородному запросу. Кибер- нетика. 1980. № 3. С. 110–115 19. Онопчук Ю.Н, Полинкевич К.Б., Бобрякова И.Л. Концептуальные модели управ- ления системой дыхания и их анализ при математическом моделировании. Кибер- нетика и системный анализ. 1993. № 6. С. 76–88. 20. Аралова Н.И. Исследование на математической модели роли гипоксии, гиперкапнии и гипометаболизма в саморегуляции системы дыхания при внутренних и внешних возмущениях. Кибернетика и вычислительная техника. 2017. Вып. 188. С. 49–64. 21. Аралова А.А, Аралова Н.И, Ковальчук-Химюк Л.А, Онопчук Ю.Н. Автоматизиро- ванная информационная система функциональной диагностики спортсменов. Управляющие системы и машины. 2008. № 3. С. 73–78. 22. Аралова Н.И. Математическая модель механизмов краткосрочной и среднесрочной адаптации функциональной системы дыхания лиц, работающих в экстремальных условиях. Кибернетика и вычислительная техника. 2015. Вып. 182. С. 16–21. 23. Аралова Н.И. Информационные технологии поддержки принятия решений при реа- билитации спортсменов, занимающихся спортивными единоборствами. Междуна- родный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики». 2016. № 3. С. 160–170. 24. Колчинская А.З. Кислородные режимы организма ребенка и подростка Киев: Наук. думка, 1973. 320 с. Отримано 07.05.2018 Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 80 REFERENCES 1. Olympic sport, by V.N. Platonova (ed.). Kyiv: Olympic literature, 2009. V. 2. P. 641–671. (in Russian). 2. Shakhlina L.- Ya. G., Chistyakova MA Psychophysiological conditions of athletes of high qualification, who specialize in judo in various phases of the menstrual cycle. Physiotherapy exercises and sports medicine. 2013. No. 8 (116). P. 11–16. (in Russian). 3. Shakhlina L.Ya.-G., Vovchanytsya Yu.L., Kalitka S.V. Morphological and biochemical composition of red blood of athletes of high qualification, specializing in sports, the predominant development of the quality of endurance. Therapeutic physical training and sports medicine. 2013. No. 9 (117). P. 22–25. (in Russian). 4. Shakhlina L.Ya.-G. The reaction of the athlete's body to reduce the oxygen content in the inspired air in different phases of the menstrual cycle. Sports medicine. 2008. No. 1. P. 78–82. (in Russian). 5. Iordanskaya F.A. Man and woman in the sport of higher achievements. Problems of sexual dimorphism. Moscow: Sov.sport, 2012. 256 p. (in Russian). 6. Shakhlina L.Ya.-G. Features of functional adaptation of the organism of high-qualified athletes to large physical loads. Sports Medicine. 2012. No. 1. C. 20–30. (in Russian). 7. Shakhlina L.Ya.-G., Evpak N.A. Interrelation of the psychophysiological state and special working capacity of athletes specializing in water polo. Sports medicine. 2015. № 1–2. P.59–63. (in Russian). 8. Kolchinskaya AZ, Tsyganova TN, Ostapenko LA Normobaric interval hypoxic training in medicine and sports. Moscow: Medicine, 2003. 408 p. (in Russian). 9. Shakhlina L.Ya.-G. Medical and biological principles of sports training of women. Kyiv: Nauk. dumka, 2001. 325 p. (in Russian). 10. Onopchuk Yu.N., Beloshitsky P.V., Aralova N.I. To the question of the reliability of the functional systems of the organism. Kibernetika i vyčislitel’naâ tehnika. 1999. Issue. 122. P. 72–82. (in Russian). 11. Sport medicine: Textbook for students of higher educational institutions of physical education / editor L.Ya.-G. Shakhlina. Kiev: Naukova dumka, 2016. 452 p. (in Russian). 12. Onopchuk Yu.N., Gritsenko V.I., Vovk M.I., Kotova A.B. & other. Homeostasis of the functional respiratory system as a result of intrasystemic and systemic-environmental information interaction. Bioecomedicine. Single information space. Kiev. 2001. P. 59–81. (in Russian). 13. Onopchuk Yu.N., Gritsenko V.I., Vovk M.I., Kotova A.B. & other. Homeostasis of the functional circulatory system as a result of intrasystemic and systemic-environmental information interaction. Bioecomedicine. Single information space. Kiev. 2001. P. 82–104. (in Russian). 14. Aralova N.I., Shakhlina L. Ya.-H. The mathematical models of functional self-organization of the human respiratory system with a change of the hormonal states of organism. Journal of Automation and Information Sciences. No. 3, pp. 132–141. (in Russian). 15. Secondary tissues hypoxia ed. A.Z. Kolchinskaya. Kyiv: Nauk.dumka, 1983. 253 p. (in Russian). 16. K.B. Polinkevich, Y.N. Onopchuk. Conflicts in the regulation of the primary functions of the respiratory system of the body and the mathematical model for their solution. Cybernetic. 1986, No. 3, pp. 100–104 (in Russian). 17. Onopchuk Yu.N. On one imitation model for the study of complex physiological processes. Cybernetics. 1979. No. 3. P. 66–72. (in Russian). 18. Onopchuk Yu.N. About a general scheme of regulation of external respiration regimes, minute volume of blood and tissue blood flow by oxygen demand. Cybernetics. 1980. № 3. P. 110–115. (in Russian). 19. Onopchuk Yu.N., Polinkevich K.B., Bobryakova I.L. The conceptual models of control of the respiratory system and their analysis in mathematical modeling. Cybernetics and system analysis. 1993. No. 6. P. 76–88. (in Russian). 20. Aralova N. I. Research of role of hypoxia, hypercaphnia and hypometabolism in the regulation of the respiratory ststem in their internal and external disturbances based on the Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 81 mathematical model. Kibernetika i vyčislitel’naâ tehnika. 2017. No 188, pp. 49–64. (in Russian). 21. Aralova A.A., Aralova N. I., Kovalchuk – Khimiuk L. A., Onopchuk, Yu. N. Computer – aided information system of functional diagnostics of sportsmen. Control Systems and Computers. 2008. No 3, pp. 73–78. (in Russian). 22. Aralova N.I. Mathematical model of the mechanism short- and medium-functional adaptation of breath of persons work in extreme conditions high. Kibernetika i vyčisli- tel’naâ tehnika. 2015. Vol. 182. P. 16–21. (in Russian). 23. Aralova N.I. Information technologies of decision making support for rehabilitation of sportsmen engaged in combat sport. Journal of Automation and Information Sciences. 2016. No. 3. P. 160–170. (in Russian). 24. Kolchinskaya A.Z. Oxygen regimes of an organism of a child and adolescent Kyiv: Nauk. dumka, 1973. 320 p. Received 07.05.2018 Л.Я.-Г. Шахліна1, д-р. мед. наук, проф. професор кафедри спортивної медицини e-mail: sportmedkafedra@gmail.com Н.І. Аралова2, канд. техн. наук, старш. наук. співроб. старш. наук. співроб. відд. оптимізації керованих процесів aralova@ukr.net 1 Національний університет фізичного виховання і спорту України вул.Фізкультури 1, Київ, 03150, Україна 2 Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, пр. Акад. Глушкова, 40, м. Київ, 03187 Україна ПРОГНОЗУВАННЯ РЕАКЦІЇ ОРГАНІЗМУ СПОРТСМЕНОК НА ВДИХАННЯ ГІПОКСИЧНОЇ СУМІШІ НА МАТЕМАТИЧНІЙ МОДЕЛІ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ДИХАННЯ За допомоги математичної моделі функціональної системи дихання проімітовано вплив вдихання спортсменками газової суміші з низьким вмістом кисню та досліджено зале- жність функціональної самоорганізації організму спортсменок від гормонального ста- тусу протягом менструального циклу. Отримані результати свідчать про те, що під час планування тренувального процесу та формування команд в змагальній діяльності необхідно враховувати особливості адаптації до гіпобаричного середовища за умови циклічних змін концентрації статевих гормонів у організмі спортсменок. Ключові слова: математична модель функціональної системи дихання, тренувальний процес, адаптація організма спортсменки, інтервальне гіпоксичне тренування, функ- ціональна самоорганізація організму. Л. Я.-Г. Шахлина, Н.И. Аралова ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 3 (193) 82 L.Ya.-G. Shakhlina1, DSc (Medicine), Professor, Professor of Sport Medicine Dep. e-mail: sportmedkafedra@gmail.com N.I. Aralova2, PhD (Engineering), Senior Researcher, Senior Researcher of Dep. of Optimization of Controlled Processes e-mail: aralova@ukr.net 1 National University of Physical Education and Sport of Ukraine Fiscultury Street, 1, Kiev, 03150, Ukraine 2 Glushkov Institute of Cybernetics of National Academy of Sciences of Ukraine, Acad. Glushkov av., 40, Kiev, 03187, Ukraine FORECASTING THE ORGANISM REACTION OF THE ATHLETES ON INHIBITING HYPOXIC MIXTURES ON THE MATHEMATICAL MODEL OF THE FUNCTIONAL RESPIRATION SYSTEM Introduction. In the modern sports of higher achievements, the issues of training and com- petitive activity of athletes using the hypoxic factor in natural-mountain conditions or with artificial hypoxic training with the use of pressure chambers or hypoxicators continue to attract great interest among specialists in the field of physiology, medicine, sports pedagogy. The influence of reproductive hormones on the functional breathing system responsible for the aerobic capacity of the female body remains insufficiently studied. There are no scientifi- cally substantiated programs for training athletes, mainly developing the quality of endur- ance, in conditions of hypoxic hypoxia, taking into account the phases of the menstrual cycle. The purpose of the article is to determine the reaction of the functional breathing sys- tem and to reveal the degree of tissue hypoxia in athletes when inhaled hypoxic gas mixture with 11% oxygen in different phases of the menstrual cycle. Results. On the mathematical model of the functional breathing system, based on physio- logical examination data, an imitation of a hypoxic mixture with athletes was performed with athletes of 11% oxygen in different phases of the menstrual cycle. The partial pressures and volt- ages of oxygen in alveolar air, arterial and mixed venous blood, heart, brain and skeletal muscle tissues were calculated. Numerical experiments were also performed with the replacement of the real values of the minute volume of respiration and the minute volume of blood in the correspond- ing phases of MC for adaptation processes in other phases of the cycle. Conclusions. The results of the prediction on the mathematical model of the respiratory system of the athlete's reactions to the inhalation of hypoxic mixtures testify to the specificity of functional self-regulation and, consequently, the adaptive capabilities to the hypoxia of the female body during cyclic changes in the hormonal status in different phases of the menstrual cycle. The results of preliminary studies show that under hypoxic conditions, as a result of inhalation of a gas mixture with 11% oxygen without a compenetration increase in pulmo- nary ventilation and systemic circulation, the oxygen tension in the body tissues may be below the critical level and with different degrees of expression in different phases of the MC, which is confirmed by the presented results of calculation on a mathematical model of oxygen tension in the studied tissues. The obtained results testify to the need for further study of the individual reactions of the organism of athletes in conditions of hypoxia for the scientific substantiation of sports training for women taking into account the biological characteristics of their organism. Keywords: mathematical model of the functional breathing system, training process of ath- letes, interval hypoxic training, phases of the menstrual cycle, functional self-organization of the organism.

Прогнозирование реакции организма спортсменок на вдыхание гипоксических смесей на математической модели функциональной системы дыхания

Institution

Ähnliche Einträge