DE10208149A1

DE10208149A1 - Meßverfahren für anaerobe Schwelle

Info

Publication number: DE10208149A1
Application number: DE10208149A
Authority: DE
Inventors: Mu-Chuan Wu
Original assignee: Tonic Fitness Tech Inc
Current assignee: Tonic Fitness Tech Inc
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2002-12-12
Also published as: US6450967B1; ES2196998B1; GB2385421A; GB0203660D0; ES2196998A1; TW555544B; GB2385421B

Abstract

Ein Meßverfahren für die anaerobe Schwelle (AT) umfaßt eine Mehrzahl von Schritten, die von einer Dateneingabeeinheit (10), einer Belastungsklassen-Selektionseinheit (20), einer Detektier- und Recheneinheit (30) und einer Anzeigeeinheit (40) durchgeführt werden. Die Schritte umfassen die Eingabe von Alter, Gewicht und Geschlecht eines Benutzers, der einen Herzschlagsender trägt und die Verwendung eines Übungsgeräts (beispielsweise eine Tretmühle), an dem die genannten Einheiten montiert sind, und die Auswahl einer Belastungsklasse, um auf dem Übungsgerät zu üben. Dann detektieren, messen und zeichnen diese Einheiten den Herzschlagzyklus auf und berechnen die detektierten Herzschlagzyklusdifferenz für jede voreingestellte Zeitspanne. Dann wird der AT-Grenzpunkt herausgefunden und auf der Anzeigeeinheit für den Benutzer angezeigt, um die Übungsbelastung und -zeit zu steuern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren für die an aerobe Schwelle, indem der Herzschlag während einer körperli chen Übung detektiert und analysiert wird, insbesondere auf ein solches Verfahren, das es ermöglicht, den besten Schwie rigkeitsgrad der Übung eines Übungsgeräts zu ermitteln, um eine stabile Bedingung in der körperlichen Übung als eine Re ferenzbassis zum Einstellen des Trainierens der Übung aufrecht zu erhalten.

Die anaerobe Schwelle (Anaerobic Threshold bzw. AT) wird öf fentlich als eine der besten und wichtigsten Referenzen für den Übungs-Trainingseffekt angesehen. Sie ist im einzelnen beschrieben in einem Buch "Manual for experiment of exercise physiology" von Mr. Lin Cheng Chang, Professor der National Taiwan Normal University, und auf Seite 219 des Buches be schrieben. Im Jahre 1981 machten Moritani und seine Kollegen Gebrauch von der Idee der kritischen Leistung zum Training beim Fahrradfahren (Moritaki T., A. Nagata, H. A. Devries und M. Muro, "Critical power as a measure of physical work ca pacity and anerobic threshold", Egonomics, Seiten 5, 24, 339 bis 350, 1981). Weiterhin machten im Jahre 1984 Hughson und seine Kollegen von der gleichen Idee Gebrauch für das Training in einer Tretmühle mit der Erklärung über die Laufgeschwindig keit mit fortlaufend langer Zeit (mit Geschwindigkeitsbegren zung), wobei bewiesen wurde, daß die kritische Leistung für körperliche Übungen und Training relevant ist ("A high ve locity treadmill running test to assess endurance running po tential", International Journal of Sport Medicine, Seiten 5, 23 bis 25, 1984, von Hughson R. L., C. J. Orok and L. E. Staudt). Und im Jahre 1992 fanden Wakayoshi und seine Kollegen heraus, daß der relative Prozentsatz der aeroben Schwelle und der kri tischen Leistung 0,818 ist, also zwischen diesen kein bemer kenswert er Unterschied besteht ("Determination and validity of critical velocity as an index of swimming performance in the competitive swimmer", Europe Journal of Applied Physiology, Wakayoshi K., L. Ikuta, T. Yoshita, M. Udo, T. Moritani, Y. Mutoh, Miyashita, Seiten 64, 153 bis 157, 1992).

In der Tat dient die aerobische Schwelle nicht nur als Refe renz, sondern auch als wichtige Referenzbasis zur Vermeidung von Übungsschäden und -verletzungen. Wenn ein Athlet Übungen jenseits der aeroben Schwelle durchführt, so fangen Abfallpro dukte, die im Körper des Athleten aufgrund der körperlichen Übung erzeugt werden, an, sich anzusammeln und es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß dies Veranlassung ist für Übungsschä den oder -verletzungen. Daher ist die aerobe Schwelle ein kri tischer Standard für die Wirkung der Übung und ein Warnsignal, um Übungsschäden oder -verletzungen zu vermeiden.

Es wird jedoch eine sehr teure Ausrüstung benötigt, um die anaerobe Schwelle zu messen, um in einer frühen Phase der kri tischen Leistung eines Athleten Verständnis zu schaffen, wobei die Notwendigkeit der Tests durch praktische Übungen besteht und dann müssen Bluttests gemacht werden, um in Verbindung mit teuren Instrumenten die anaerobe Schwelle herauszufinden. Es ist daher offensichtlich, daß beträchtliche Ausgaben und ein langes Warten (möglicherweise mehrere Stunden lang) notwendig sind, um die kritische Leistung eines Athleten oder Sportlers zu verstehen. Athleten und Sportler können daher keine anwend baren Steigerungen beim täglichen Training erreichen. In Anbe tracht des Beweises von Professor Moritani, daß die anaerobe Schwelle durch Detektion und Analyse des Herzschlags während der körperlichen Übung gemessen werden kann, basierend auf Statistiken klinischer Tests, hat der vorliegende Anmelder ein Verfahren zum Messen der anaeroben Schwelle erfunden, indem er Mathematik und elektronische Technologie benutzt und eine Re cheneinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung verwendet, die auf einem Trainingsgerät montiert sind, wie beispielsweise einer Tretmühle, einem stationären Fahrrad oder dergleichen, wodurch den Athleten und Sportlern ein Test der anaeroben Schwelle geboten wird und Vorschläge für ein richtiges Üben angeboten werden, ohne das Erfordernis der Verwendung eines Bluttests.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren für die anaerobe Schwelle anzubieten, indem spezielle Daten des Herzschlags getestet und analysiert werden, ohne daß ein Blut test verwendet wird, um den anaeroben Schwellenwert schnell herauszufinden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er findung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeich nung zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Meßverfah rens für die anaerobe Schwelle,

Fig. 2 ein weiteres Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Meß verfahrens für die anaerobe Schwelle,

Fig. 3 eine mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren für eine anaerobe Schwelle erhaltene periodische Kurve, und

Fig. 4 eine beim erfindungsgemäßen Meßverfahren für die anaerobe Schwelle verwendete Formel.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindugsgemäßen Meßver fahrens für die anaerobe Schwelle gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt einen Dateneingabeschritt, der von einer Dateneingabeeinheit 10 durchgeführt wird, um die höchste Herzschlagrate zu bestim men entsprechend dem Alter, dem Gewicht und dem Geschlecht eines Benutzers, der diese Daten eingibt. Das Verfahren umfaßt dann einen zweiten Schritt des Wählens einer Belastungsklasse unter Verwendung einer Belastungsklassen-Selektionseinheit 20, die fünf Belastungsklassen 0 bis 4 hat. Eine jede Belastungs klasse besteht aus einer ersten Aufwärmstufe und einer zweiten Stufe mit wachsender Belastung. Die erste Stufe, die Aufwärm stufe, weist eine konstante Belastung und eine vorgegebene Zeitspanne zum Aufwärmen auf und wenn die Aufwärmstufe beendet ist, kommt die zweite Stufe mit steigender Belastung. In der zweiten Stufe mit steigender Belastung wird nach jeder vorge gebenen Zeitspanne eine vorgegebene Belastung addiert, wodurch die Belastung stetig ansteigt. Das Verfahren umfaßt dann eine dritte Stufe des Detektierens und Aufzeichnens des Herzschlags und der Übungsbelastung eines Benutzers, der auf dem Übungs gerät übt, mittels einer Detektiert- und Recheneinheit 30, welche den Grenzpunkt des anaeroben Schwellwerts AT ausrech net.

Weiterhin umfaßt das Verfahren einen vierten Schritt des An zeigens der von der Detektier- und Recheneinheit 30 erhaltenen Daten wie beispielsweise AT-Herzschlagwert, AT-Übungslei stungswert, AT-Sauerstoffaufnahme, maximale Übungsleistung, maximale Sauerstoffaufnahme, usw.

Im folgenden werden die Testschritte des Werts der anaeroben Schwelle AT beschrieben:

1. Starten des Testverfahrens für den Wert der anaeroben Schwelle (AT)
2. Eingabe von Alter, Gewicht und Geschlecht des Benutzers (Athlet oder Sportler) in die Dateneingabeeinheit 30, due auf einem Übungsgerät fixiert ist, dann Drücken einer Bestätigungstaste, und dann wird der höchste Wert des Herzschlags (HR_limit) vom Übungsgerät entsprechend den Eingabedaten erhalten. Die Formel ist in (a) in Fig. 4 gezeigt.
3. Als nächstes wählt der Benutzer eine Belastungsklasse auf der Belastungsklassen-Selektionseinheit 20 mit fünf Belastungsklassen 0 bis 4 entsprechend seiner persönli chen Kapazität. Je niedriger die Klasse ist, um so niedriger ist die Übungsleistung. Zur gleichen Zeit trägt der Benutzer einen Herzschlag-Sender und der im Übungsgerät vorgesehene Empfänger kann das Herzschlag signal des Benutzers empfangen.
4. Als nächstes stellt sich der Benutzer auf das Übungs gerät (wie beispielsweise in ein stationäres Fahrrad, eine Tretmühle, usw.) und beginnt die Übung auf dem Übungsgerät, indem er anfängt, während einer vorbe stimmten Zeitspanne die Aufwärmübung zu machen. Nachdem die vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, muß nach jeder vorbestimmten Zeitperiode (z. B. eine oder zwei Minuten, usw.) die Belastung hinzugefügt werden. Wenn die Belastungsklasse "0" ist, so ist die Belastung W₁. Wenn eine Belastung W₂ nach jeder vorbestimmten Zeit dauer hinzugefügt werden soll, so weist die erste vor eingestellte Zeitspanne die Belastung W₁+W₂ auf, die zweite voreingestellte Zeitspanne die Belastung W₁+2W₂ usw.
5. Die Detektier- und Recheneinheit 30 detektiert, berech net und zeichnet zur gleichen Zeit den Herzschlagzyklus des Benutzers auf, wobei er in jeder vorbestimmten Zeitspanne den mittleren Herzschlagzyklus "R_n" berech net, und ebenso die Herzschlagzyklus-Differenz P = [Summe (R_n - R_n+1)²]/M (M ist der Herzschlagzyklus in jeder vorbestimmten Zeitspanne, T Sekunden minus 1). In einfachen Worten, wenn der Test in 4 mal T Zeit beendet ist, bedeutet dies, daß 4 von T Zeitzyklen vorbei sind oder der M-Wert 4 Zyklen minus 1 ist, äquivalent zu 3 (M = 4 - 1 = 3).
6. Dann testet das Übungsgerät synchron, ob der Benutzer den höchsten Wert des Herzschlags (HR_limit) erreicht hat. Wenn der Benutzer die höchste Geschwindigkeit des Herz schlags noch nicht erreicht hat (die Berechnungsformel ist in (A) in Fig. 4 gezeigt), so kehrt der Benutzer zum Schritt (5) in Fig. 5 zurück und fährt mit der Übung durch Wahl einer Belastungsklasse mit einer höhe ren Belastung fort. Wenn andererseits der Benutzer die höchste Herzschlaggeschwindigkeit erreicht hat, so kann der Benutzer den AT-Wert entsprechend der periodischen Kurve berechnen (vgl. Fig. 3, AT ist der Punkt "0" der abfallenden Kurve). Die periodische Kurve zeigt eine gekrümmte Veränderung der Herzschlagzyklus-Differenz durch die Geschwindigkeit, die vom Testen des Benutzers erhalten wurde, der während einer vorbestimmten Zeit spanne Übungen macht. Das Gebiet links von AT gehört zu einem aeroben Gebiet, in welchem aerobe Übungen gemacht werden, um Herzbeschwerden zu rehabilitieren, Fett zu reduzieren und die Funktion von Herz und Lunge zu stär ken. Das Gebiet rechts von AT gehört zu einem anaeroben Gebiet, bei dem anaerobe Übungen durchgeführt werden. Eine anaerobe Übung kann zur Ansammlung von Milchsäure führen, CO₂ und Körperwärme erzeugen, sie kann nicht sehr lange fortgeführt werden, sie kann jedoch den Mus kel stärken, die gegenwärtige Stärke und die Muskel stärke (oder Schönheit) des Benutzers und ist daher zum Training notwendig. Der AT-Wert ist daher die Wasser scheide zwischen aerobem Gebiet und anaerobem Gebiet.
7. Die AT-Herzschlaggeschwindigkeit (ATHR oder Herzschlag geschwindigkeit zur Zeit der Übung) kann von der oben genannten periodischen Kurve erhalten werden und der AT-Übungsleistungswert (AT Watt oder AT zum Zeitpunkt der Übung) und der AT-Sauerstoffaufnahmewert (AT VO₂) kann aus der Formel (D) entnommen werden, die in Fig. 4 gezeigt ist. Und die maximale Arbeitsbelastung (Watt) und die maximale Sauerstoffaufnahme (VO₂max) werden von der Formel (F) erhalten, die in Fig. 4 gezeigt ist.
8. Die am Übungsgerät befestigte Anzeigeeinheit zeigt schließlich folgendes an:
- 1. AT Herzschlaggeschwindigkeit (bpm), d. h. die Herz schlaggeschwindigkeit am Punkt AT.
- 2. AT VO₂(L/K/min), die Formel ist in (E) in Fig. 4 ge zeigt.
- 3. VO₂max (L/KG/min), die Formel ist in (G) in Fig. 4 gezeigt.
- 4. AT Arbeitsbelastung (Watt), d. h. der Übungslei stungswert am Punkt AT.
- 5. HR max (bpm), die Formel ist in (C) in Fig. 4 ge zeigt, d. h. der größte Herzschlag.
- 6. Max. Arbeitsbelastung (Watt), d. h. der größte Übungsleistungswert.
"bpm" bedeutet "heartbeat per minute", also Herzschläge pro Minute.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird verständlich, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Meßverfahrens für AT Informationen über AT eines Übenden, eines Athleten oder eines Sportlers in sehr kurzer Zeit herausgemessen werden können, nämlich während des Übens auf einem Übungsgerät, wie auch die Leistungsgrenze des Übenden, was für diesen einen sehr kritischen Bezugswert darstellt. Das Meßverfahren ist für einen Übenden, Athleten oder einen Sportler hilfreich im Erkennen seiner eigenen Kör perkondition während der Übung und auch Hilfreich für einen Trainer, um einen Trainingsverlauf für einen Übenden, einen Athleten oder einen Sportler zusammenzustellen. Darüber hinaus kann das Verfahren mehr Zeit sparen als der konventionelle Bluttest, der noch dazu teure Instrumente voraussetzt.

Im Vorstehenden wurde das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, für den Fachmann ergeben sich jedoch ohne weiteres zahlreiche Modifikationen.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Ein Meßver fahren für die anaerobe Schwelle (AT) umfaßt eine Mehrzahl von Schritten, die von einer Dateneingabeeinheit 10, einer Bela stungsklassen-Selektionseinheit 20, einer Detektier- und Re cheneinheit 30 und einer Anzeigeeinheit 40 durchgeführt wer den. Die Schritte umfassen die Eingabe von Alter, Gewicht und Geschlecht eines Benutzers, der einen Herzschlagsender trägt und die Verwendung eines Übungsgeräts (beispielsweise eine Tretmühle), an dem die genannten Einheiten montiert sind, und die Auswahl einer Belastungsklasse, um auf dem Übungsgerät zu üben. Dann detektieren, messen und zeichnen diese Einheiten den Herzschlagzyklus auf und berechnen die detektierte Herz schlagzyklusdifferenz für jede voreingestellte Zeitspanne. Dann wird der AT-Grenzpunkt herausgefunden und auf der An zeigeeinheit für den Benutzer angezeigt, um die Übungsbela stung und -zeit zu steuern.

Claims

1. Meßverfahren für die anaerobe Schwelle, bei dem spe zielle Daten des Herzschlags detektiert und analysiert werden, wobei dieses Meßverfahren mittels einer Dateneingabeeinheit (10), einer Belastungsklassen-Selektionseinheit (20), einer Detektier- und Recheneinheit (30) und einer Anzeigeeinheit (40) durchgeführt wird, wobei das Meßverfahren folgendes um faßt:

1. Starten des Testverfahrens für die anaerobe Schwelle,
2. Eingabe von Alter, Gewicht und Geschlecht eines Benut zers in die an einem Übungsgerät angeordnete Datenein gabeeinheit (10), wobei die Dateneingabeeinheit die höchste Herzschlaggeschwindigkeit ermittelt,
3. Auswählen einer Belastungsklasse aus einer Mehrzahl von Belastungsklassen, die in der Belastungsklassen-Selek tionseinheit (20) eingestellt sind, durch den Benutzer und Tragen eines Herzschlagsenders durch den Benutzer, wobei der Herzschlagsender den Herzschlag des Benutzers auf einen Empfänger überträgt, der am Übungsgerät ange bracht ist,
4. der auf dem Übungsgerät befindliche Benutzer beginnt mit einer Aufwärmübung entsprechend der von ihm gewählten Belastungsklasse,
5. das Übungsgerät stellt, nachdem der Benutzer die Auf wärmübung beendet hat, einen wachsenden Wert der Übungs leistung ein, basierend auf der vom Benutzer ausgewähl ten Belastungsklasse, um nach und nach die Übungsbela stung zu erhöhen,
6. zur gleichen Zeit detektiert die Detektier- und Rechen einheit (30), die am Übungsgerät angeordnet ist, den während der Übung erzeugten Herzschlagzyklus des Benut zers und zeichnet diesen auf, wobei die Detektier- und Berechnungseinheit (30) in jeder eingestellten Zeit spanne den mittleren Herzschlagzyklus berechnet und die Herzschlagzyklusdifferenz berechnet,
7. wobei diese Herzschlagzyklusdifferenz mit dem getesteten maximalen Herzschlag verglichen wird, eine periodische Kurve durch Änderung der Herzschlagzyklusdifferenz des Benutzers erzeugt wird, unter Verwendung der periodi schen Kurve ein Wert für die anaerobe Schwelle (AT) herausgefunden wird und der Wert für die anaerobe Schwelle an der Anzeigeeinheit (40) zur Bezugnahme ange zeigt wird.

2. Meßverfahren für die anaerobe Schwelle nach Anspruch 1, wobei die Belastungsklassen-Selektionseinheit (20) eine Mehr zahl von Belastungsklassen aufweist und eine jede Belastungs klasse eine erste Aufwärmstufe und eine zweite Stufe mit an steigender Belastung aufweist, wobei die zweite Stufe mit an steigender Belastung eine voreingestellte Belastung für jede eingestellte Zeitspanne erhöht.

3. Meßverfahren für die anaerobe Schwelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzeigeeinheit (40) den AT-Wert, den AT- Übungsleistungswert, die AT-Sauerstoffaufnahmemenge, den größten Übungsleistungswert, die größte Sauerstoffaufnahme menge und den größten Herzschlagwert anzeigt, die von der De tektier- und Recheneinheit (30) geliefert werden.