Функциональное состояние организма: технологии оценки в спорте и рекреационном туризме (обзор)

Введение. В современном мировом сообществе наблюдается устойчивый тренд на занятия фитнесом, развитие туризма, в том числе рекреационного, как форм физической активности, в процессе которых происходит восстановление и повышение функциональных ресурсов человека. Физическая активность населения продлевает трудоспособный возраст, увеличивает продолжительность жизни, обеспечивает психологическую разгрузку и повышает психофизиологическую устойчивость и в целом качество жизни населения. Развитие рекреационного туризма, физической культуры и спорта обусловливает инновационные подходы к содержанию подготовки квалифицированных кадров для этих сфер деятельности.

Разработка принципиально новых подходов к технологиям сопровождения участников массового рекреационного туризма, физической культуры и спорта служит основанием для решения стратегических задач здравоохранения, демографии и образования. Поэтому важное место в перспективных системах контроля здоровья населения должны занять информационные технологии, направленные на оценку состояния регуляторных систем. Перенапряжение механизмов регуляции и связанное с ним снижение функциональных резервов является одним из главных факторов риска развития заболеваний [9]. Классификация функциональных состояний для таких профессиональных групп, как спортсмены и военнослужащие, представлена в работе А.С. Солодкова с соавторами [4], где на основе физиологического обоснования авторы дифференцируют следующие состояния: оперативный покой, работоспособность, нервнопсихическое напряжение, тренированность, утомление, хроническое утомление и переутомление, перетренированность и перена- пряжение. Оценка текущего функционального состояния дает возможность определить уровень воздействия физической активности и эффективность ее конкретных видов.

Понятие «функциональное состояние» отражает характеристику уровня функционирования систем организма в определенный период времени, особенности гомеостаза и процесса адаптации [1]. С другой стороны, это «интегративная характеристика человека с точки зрения эффективности выполняемой им деятельности и задействованных в ее реализации систем по критериям надежности и внутренней цены деятельности» [13].

Следует отметить, что возможности персонификации тех или иных способов воздействия на основе оперативной оценки текущего функционального состояния организма активно используются в медицине и спорте. Например, в медицинских исследованиях для повышения достоверности оценки процесс формирования диагностического заключения, представлен в виде трех этапов. В частности, отбора информативных параметров о функциональном состоянии системы органов, этапа выявления информативных признаков, служащих маркерами изменения функционального состояния организма и этапа принятия решения с использованием нейросетевых технологий [8]. В работе [12] предложены упрощенные методы оценки функционального состояния организма у представителей туризма оздоровительной направленности. Авторы акцентируют свое внимание в основном на показателях функционального состояния дыхательной системы у участников пешего туризма. Эмпирические результаты исследования психоэмоционального состояния и гемодинамики участников культурно-познавательных туров по Уральскому региону [11] доказывают, что туризм как вид рекреационной дея- тельности выступает одной из эффективных форм улучшения физиологического и психоэмоционального состояния человека.

Многие авторы [2, 6, 7] отмечают важность оценивания функциональных состояний представителей различных направлений сферы туризма, но не анализируют возможность использования цифровых технологий в такого рода исследованиях. Причина такой ситуации заключается в отсутствии демонстрации эффективности рекреационного потенциала реализуемых программ с использованием цифровых технологий на определенной группе населения.

Цель исследования – обзор современных технологий оценивания функционального состояния организма в спорте и рекреационном туризме.

Методы исследования. Проведен анализ источников, размещенных в поисковых платформах РИНЦ и Pubmed, критериями отбора которых являлся период 2016–2021 гг. и комбинации ключевых слов «спорт* / sport*», «туризм / tourism», «рекреация / recreation», «персонализация / personalization», «здоровье / health», «новые технологии / gadgets». Применены методы обобщения и конкретизации.

Результаты. Развитие информационного общества неразрывно связано с тотальной цифровизацией процессов всех сфер его жизнедеятельности, что отражается в социальных приоритетах различных категорий населения. С появлением искусственного интеллекта и big data наука совершенствует как теоретические подходы к разработке, так и требования к созданию смарт-оборудования.

Анализ применения современных цифровых технологий оценки функционального состояния в массовом спорте

Обобщая данные об отношении пользователей к новым цифровым технологиям в различных сферах жизнедеятельности [35], отметим положительную оценку эффектов взаимодействия в системе «человек – цифровые технологии». При изучении готовности личности к использованию новых технологий (индекс TRI) выявлено, что ведущими факторами являются демографические и поведенческие переменные [32].

Сфера физической культуры, спорта и туризма включает несколько направлений деятельности, среди которых тренировочная, соревновательная, рекреационная. Каждое из этих направлений предполагает свои особенности внедрения и реализации цифровых технологий. Сегодня в каждом из указанных направлений процесс цифровизации находится на разных уровнях реализации.

В направлении тренировочно-соревновательной деятельности цифровые технологии представлены широким спектром, отражающим различные подходы к их архитектуре, назначению, области применения. Конвергенция результатов исследований спортивной науки, аналитики функциональных состояний организма и полупроводниковых технологий расширила их востребованность. Однако принципиальным требованием к цифровым устройствам, применяемым в спортивной практике, является высокая точность и дискретизация измерений показателей деятельности спортсмена [34].

Применение мобильных приложений для смартфонов позволяет контролировать и управлять основными режимными моментами пользователя. Например, приложение MealLogger® (дневник пищевого поведения) интегрировано в социальную сеть, что обеспечивает персонализированную обратную связь. Приложение имеет платформу в виде «виртуального помощника» (технология Virtual assistants) для предоставления учебных материалов по вопросам функционального питания. Показано, что использование MealLogger® является системой мониторинга специальной диеты, оптимизирующей пищевое поведение [23]. Диетологами часто используются социальные сети для оперативной коррекции пищевого поведения [29].

В целом мобильные приложения решают прикладную задачу – осуществление цифрового мониторинга [36]. Объединение мобильных приложений и цифрового оборудования представляет собой инструментарий для оперативной оценки функционального состояния, оптимизации тренировочных и соревновательных нагрузок, а также рекреации.

Перспективными являются цифровые технологии, построенные по принципу « компьютерное зрение», в основе которых лежат алгоритмы обработки полученных изображений в реальном времени. Данная технология позволяет сформировать тактику оказания первой помощи и стратегию реабилитации [19].

Весьма распространены и востребованы носимые датчики для мониторинга физических нагрузок и восстановления. Например, инерциальный датчик (IMU), который устанавливается на бедро человека и подключается к мобильному приложению Formulift. Датчик фиксирует движения, а приложение корректирует индивидуальную технику упражнений. Особенностью Formulift является наличие методического руководства по безопасному выполнению упражнений [17].

Вместе с этим отмечается недостаточность анализа эффектов нагрузки на организм, необходимого для формирования программ его восстановления. Например, эту задачу решают датчики неинвазивного и непрерывного мониторинга биомаркеров из слюны или потовой жидкости [40], дистанционного мониторинга пульсовой волны [18]. Цифровая технология balance of game позволяет регулировать уровень интенсивности физической нагрузки на основе данных сердечного ритма [22].

Современные датчики контроля функционального состояния встраиваются в одежду спортсмена. Так, для оценки расхода энергии во время физических нагрузок применяется повязка Sense Wear (SWA), которая сочетает акселерометрию с измерениями тепловыделения и электропроводности кожи. Технология SWA фиксирует паттерны движения, термогенез и метаболические изменения при высокой интенсивности упражнений, оценивает количество и качество сна [27].

В большинстве носимых датчиков-трекеров реализована система позиционирования пользователя (IPS), позволяющая определить его локализацию относительно географических координат. Беспроводные технологии (включая Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth и сверхширокополосный UWB) используются для оценки местоположения при отсутствии сигнала GPS, предпочтительнее технология UWB, определяющая объект с точностью до сантиметров [24].

В практике современных программ спортивной подготовки и рекреационного туризма эффективно используют технологии дополненной и виртуальной реальности. Виртуальная реальность (VR) позволяет оценить физиологическое и психоэмоциональное состояние человека, пребывающего в условиях среды, воссоздающей реалистичные ситуации [37, 39]. При разработке «персонализированных» виртуальных программ физической активности учитывают психофизиологические характеристики восприятия [31], особенности внимания и сенсомоторных реакций пользователя [28].

Однако ряд исследователей, использующих VR в различных видах активности, указывают на ограничения данной технологии, связанные с программными и техническими вопросами [38], а также на особенности переноса двигательного навыка, сформированного в ходе симуляционной тренировки и с помощью VR [30].

Имеются исследования воздействия условий VR на организм пользователя, в частности на сердечно-сосудистую и мышечную системы. Закономерные изменения физиологических параметров указанных функциональных систем в 18,2 % случаев сопровождались симптомами «киберболезни» [25]. Данный негативный эффект возможно купировать, используя персонифицированный подход комбинирования существующих способов повышения устойчивости организма на основе ранжирования – типизации бионейросигналов [3].

Интеграция целого ряда инновационных цифровых технологий в общую цифровую систему «интернет вещей» (IoT) обеспечила возможность сотрудникам научно-исследовательского центра спортивной науки ИСТиС создать действующий концепт – «цифровой двойник спортсмена». В основе интегральной оперативной оценки резервов организма лежит online-мониторинг состояния функциональных систем спортсмена. Данные, поступающие от системы датчиков бесконтактной регистрации ЭКГ, Xsens и тепловизора BALTECH TR-01200, на основе многоуровневой нейронной сети формируют цифровую кинематическую 3D-модель техники движения.

На основе комбинации цифровых технологий – социальные сети, цифровые знания, мобильные приложения и датчики – предлагается модель интеллектуального спортзала [16].

Таким образом, в сфере физической культуры и массового спорта применяются различные технологии оперативной оценки функционального состояния организма, его резервных возможностей. Применение указанных выше технологий может быть направлено на решение задачи оперативной коррекции состояния организма, что также является целью рекреационных воздействий.

Перспективы внедрения цифровых технологий в рекреационном туризме

Рекреация – собирательное понятие, связанное с видами оздоровительного отдыха, туризма, экскурсий и предполагающее комплексный, системный подход к их изучению, организации и перспективному планированию [10]. Более узкое понятие «физическая рекреация» характеризует восстановление жизненных сил организма и их поддержание в процессе ежедневной жизнедеятельности [15].

Ценными представляются работы, характеризующие потенциал рекреационной системы [14, 21]. Одним из компонентов целостной системы является рекреационный туризм, образующий, в свою очередь, туристско-рекреационный кластер. При его формировании необходимо учитывать ряд проблем, среди которых выделяют отсутствие: профессиональных туристских кадров, знаний и опыта у администраций регионов в управлении туристско-рекреационными кластерами, стратегического планирования туристской деятельности [5].

Актуализируется необходимость усиления социальной роли туризма за счет повышения его доступности и расширения возможностей населения в отдыхе и оздоровлении. Например, к 2035 году в России прогнозируется рост целевых показателей туристской индустрии в пять раз, двукратное увеличение внутренних поездок на одного россиянина, увеличение экспорта туристских услуг инвестиций в туристской сфере – в три раза1.

Указывается проблема оценки качества предоставления рекреационных услуг в сфере активного «нерегламентированного», например пешего, туризма [20].

В рамках управления туристско-рекреационным кластером необходима разработка комплексной программы физической рекреации, восстановления здоровья с учетом пола, возраста, физической подготовленности туристов. Такой подход при условии использования современных здоровьеформирующих технологий обеспечит развитие персонифицированного рекреационного туризма [10].

В немногочисленных работах показана эффективность рекреации с точки зрения оценки психического и физического здоровья. В частности, в работе Т.Н. Третьяковой с соавторами (2021) представлены результаты контроля психоэмоционального состояния туристов во время экскурсии – пешего

10-километрового восхождения на Зюрат-кульский хребет (высота 1175 м над уровнем моря). Несмотря на физическую нагрузку, обусловленную рельефом горной местности, установлено положительное воздействие экоэкскурсии на психоэмоциональное состояние туристов, выраженное в повышении эмоционального тонуса (в среднем на 20 % от исходного состояния). Вместе с тем физические нагрузки, вызванные изменением привычного образа жизни и, вероятно, недостаточной физической подготовленностью экскурсантов, способствовали снижению показателя по шкале «Энергичность – усталость» у половины участников женского пола [33].

Представленные результаты указывают на необходимость оперативной оценки функционального состояния туристов на различных этапах преодолеваемого маршрута. Учет индивидуальной оценки физической подготовленности и функционального состояния позволит повысить эффективность рекреации [26] и обеспечить безопасное восстановление физических сил.

Несмотря на наличие цифровых технологий оперативной оценки функционального и психоэмоционального состояния, их использование в практике рекреационного туризма не востребовано. Однако использование данных технологий могло бы объективно отражать соотношение оздоровительных эффектов конкретных программ туристской рекреации.

Представленные в первой части настоящей статьи цифровые технологии (гаджеты, датчики и мобильные приложения), широко используемые преимущественно в сфере спортивной деятельности, вполне применимы в сфере рекреационного туризма.

Заключение. Информационные технологии и ресурсная база в сфере физической культуры и массового спорта способны качественно преобразовать услуги в сфере туризма в целом, так как любая его форма сопровождается оздоровительным эффектом на психоэмоциональном и функциональном уровне. В рамках решения задач по сохранению и развитию человеческого капитала, применению разработанных цифровых технологий оперативной оценки функционального состояния организма человека ведется поиск и применение эффективных моделей здоровье-сбережения населения.

Результаты применения цифровых технологий позволяют разрабатывать эффективные индивидуальные программы сопровождения двигательной активности и рекреации, восстановления резервов организма и профилактики неблагоприятных состояний.

Перспективным направлением исследований в сфере рекреационного туризма считаем необходимость подготовки высококвали-фированных специалистов, компетентных в области экспертизы качества рекреационных услуг.