Verfahren zum Betreiben eines Trainmgsgerates sowie Vorrichtung zum Erfassen von Körperfunktionen zur Verwendung mit einem Trainings gerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen von Körperfunktionen, insbesondere zur Verwendung mit ei- nem Trainingsgerät, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben ist.
Trainingsgeräte, wie Heimtrainer, Ellipsentrainer, Rudergeräte und ähnliches, mit denen Muskeln einer Person trainiert oder deren Muskelleistung überprüft und erfaßt werden sollen, müssen so ausgelegt sein, dass sie von möglichst vielen verschiedenen Personengruppen, die sich hinsichtlich ihrer körperspezifischen Eigenschaften, wie des Geschlechtes, ihrer Körperhöhe und -masse, ihres Alters oder auch ihrer körperlichen Konstitution, voneinander unterscheiden, benutzt werden können. Die Vielfalt an möglichen Anwendern derartiger Trainingsgeräte bedeutet jedoch auch, dass für jede Personengruppe eigene Trainingsabläufe und Höchstbelastungen vorgegeben werden müssen, um eine möglichst schonende Muskelbelastung sicherzustellen. Um dies zu gewährleisten, werden üblicherweise an den Steuerungseinrichtungen der Trainingsgeräte Anzeigen oder Tabellen vorgesehen, die der jeweils trainierenden Person Verhaltensmaßregeln und Hinweise für ein schonendes Training geben. Ferner ist es bekannt, während des Trainings, die Herzschlagfrequenz der trainierenden Per- son zu erfassen und am Trainingsgerät anzuzeigen, damit die trainierende Person ihr Training an die aktuelle körperliche Situation anpassen kann. Der Trainingserfolg ist jedoch maßgeblich von der jeweils trainierenden Person und deren Bereitschaft, diese Verhaltensmaßregeln und Hinweise zu beachten, abhängig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes bzw. eine Vorrichtung, insbesondere zur Verwendung mit einem Trainingsgerät, anzugeben, bei dem bzw. bei dessen Verwendung ein äußerst schonendes Muskeltrai-
ning und/oder eine äußerst schonende Überprüfung der Muskelleistung einer trainierenden Person möglich ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/ oder für die Übe riifung der Muskelleistung einer Person. Des weiteren löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 11 zum Erfassen von Körperfunktionen, welche insbesondere zur Verwendung mit einem Trainingsgerät geeignet sein soll.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person. Ein derartiges Trainingsgerät ist mit mindestens einer Trainingseinrichtung ausgestattet, an welcher Linearkräfte und/oder Drehmomente angreifen, gegen die die Person mit Muskelkraft trainiert. Ein wesentlicher Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf dem Ansatz, die körperspezifischen Eigenschaften der trainierenden Person, wie beispielsweise deren Körperhöhe oder Körpermasse oder ihren Trainingszustand, bei der Ansteuerung der Trainingseinrichtung zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung die Trainingseinrichtung basierend auf körperspezifischen Datensätzen der jeweils trainierenden Person ansteuert und unter Berücksichtigung der in den körperspezifischen Datensätzen angegebenen Eigenschaften der trainierenden Person die von der Trainingseinrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder Drehmomente variiert. Durch die Berücksichtigung dieser körperspezifi- sehen Eigenschaften der trainierenden Person kann die trainierende Person für ein optimiertes Muskeltraining schonend an ihre Leistungsgrenze herangeführt werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen sowie der Zeichnung.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird vorgeschlagen, die körperspezifischen Datensätze aus einem Speichermedium in die Steuerungseinrichtung des Trainingsgerätes einzulesen. Das Speichermedium kann dabei unmittelbar am Trainingsgerät vorgesehen sein, so dass beispielsweise durch Betätigen eines der trainie- renden Person zugeordneten Druckschalters an der Steuerungseinrichtung die im Speichermedium abgespeicherten Datensätze aufgerufen und in die Steuerungseinrichtung eingelesen werden. Alternativ oder ergänzend zu dem internen Speichermedium ist es möglich ein externes Speichermedium, beispielsweise eine Chipkarte oder einen USB-Memory-Stick, einzusetzen, auf dem die der jeweiligen Person oder Personen- gruppen zugeordneten körperspezifischen Datensätze abgespeichert sind und das über ein Lesegerät oder eine geeignete Schnittstelle zur Übertragung der Datensätze mit der Steuerungseinrichtung zu verbinden ist. Ferner ist es möglich, die körperspezifischen Datensätze über eine Eingabeeinheit direkt in die Steuerungseinrichtung einzugeben.
Als körperspezifische Datensätze werden die Körperhöhe, die Körpermasse, das Alter, der Trainingszustand, Trainingsabläufe und/oder der Gesundheitszustand der jeweils trainierenden Person zum Ansteuern der Trainingseinrichtung verwendet. Ferner wird vorgeschlagen, bei Heimtrainern und Rudergeräten zusätzlich eine für die jeweilige Person hinsichtlich ergonomischer und orthopädischer Gesichtspunkte für das jeweilige Trainingsgerät optimierte Sitzposition als körperspezifischen Datensatz mit einzulesen bzw. abzuspeichern. Sofern das Trainingsgerät mit entsprechenden Ak- tuatoren, beispielsweise zur Verstellung der Sitz- bzw. Sattelhöhe, der Sitz- bzw. Sattelneigung und der Gabelhöhe, ausgestattet ist, wird der Sitz bzw. Sattel sowie die Gabel in Positionen gestellt, die an die Bein- und Armlängen sowie an die Länge des Torso der jeweils trainierenden Person optimal anpaßt sind.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung zumindest zeitweise die Trainingseinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einer an der Person erfaßten Kör- perfunktion ansteuert. Auf diese Weise wird ein Regelkreis gebildet, bei dem die von der Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes erzeugten Linearkräfte und/oder Dreh-
momente, gegen die die Person trainiert, an den aktuellen Körperzustand der trainierenden Person angepaßt werden, wobei auch die für die trainierende Person körperspezifischen Datensätze mit berücksichtigt werden, wodurch ein an die individuellen Körpereigenschaften der trainierenden Person bei gleichzeitiger Berücksichtigung des aktuellen Belastungszustandes der Person optimierter Trainingsablauf vom Trainingsgerät selbständig vorgegeben wird.
Bei dieser Verfahrensvariante wird ferner vorgeschlagen, die mindestens eine Körperfunktion unmittelbar an oder nahe der Karotis der Person zu erfassen, basierend auf der erfaßten Körperfunktion Auswertedaten zu ermitteln und an die Steuereinheit zu übertragen, so dass die Steuereinheit basierend auf den Auswertedaten die Linearkräfte und/ oder Drehmomente, die von der Trainingseinrichtung erzeugt werden, verändert. Durch das Erfassen der mindestens einen Körperfunktion unmittelbar an der Karotis der Person ist ein sehr genaues Erfassen der Körperfunktion möglich. So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass beispielsweise bei einer Messung der Herzschlagfrequenz im Bereich der Karotis auf verhältnismäßig einfache Weise nicht nur die Herzschlagfrequenz sondern auch der zeitliche Ablauf des Herzschlages, d.h. die Systole und die Diastole, sehr exakt bestimmt werden kann. Ferner ist auch eine für das normale Training von der Genauigkeit her ausreichende Bestimmung des Blutsauerstoffes oder Lactatspiegels beispielsweise durch Verwendung eines photometrischen Messverfahrens problemlos möglich.
Des weiteren ist "es möglich, zwei Körperfunktionen an nahezu derselben Stelle des Körpers der Person an der Karotis zu erfassen, wobei diese beiden Körperfunktionen gegebenenfalls miteinander in Beziehung stehen, beispielsweise der Lactatspiegel und die Herzschlagfrequenz. Hierdurch ist eine noch genauere Regelung des Trainingsgerätes zu realisieren, wobei gleichzeitig eine Überprüfung der erfaßten Körperfunktionen möglich ist. So haben beispielsweise Hochleistungssportler üblicherweise sehr große Herzkammern, so dass bereits mit einem einzigen Herzschlag große Mengen Blut durch den Kreislauf gefördert werden, mit der Folge, dass auch bei einer vergleichsweise hohen körperlichen Belastung der Pulsschlag nur geringfügig zunimmt.
Wird ergänzend zur Herzschlagfrequenz zusätzlich der Lactatspiegel oder beispielsweise auch der Blutsauerstoff erfaßt, kann die Herzschlagfrequenz mit dem Lactatspiegel oder dem Blutsauerstoff in Relation gesetzt werden, so dass beispielsweise bei einer überproportionalen Zunahme des Lactatspiegels davon ausgegangen werden kann, dass trotz einer verglichen mit einer durchschnittlich trainierten Person nur geringen Zunahme der Pulszahl der Hochleistungssportler im anaeroben, d.h. sauerstofflosen Trainingszustand trainiert, was für ein Ausdauertraining kontraproduktiv wäre. Insbesondere durch die Berücksichtigung des Trainingszustandes als körperspezifischen Datensatz kann somit unter Zuhilfenahme der zuvor angesprochenen Relati- on zwischen verschiedenen Körperfunktionen ein optimierter Trainingsablauf vom Trainingsgerät vorgegeben werden.
Bei eine besonders bevorzugten Abwandlung dieser Verfahrensvariante wird deshalb vorgeschlagen, als Körperfunktion den Lactatspiegel und/oder den Blutsauerstoff und/oder die Herzschlagfrequenz und/oder den Blutzuckerspiegel und/oder die Körpertemperatur zu erfassen.
Da das Trainingsvermögen von den individuellen Körpereigenschaften der jeweils trainierenden Person abhängt, wird ferner vorgeschlagen, basierend auf den vorgege- benen körperspezifischen Datensätzen, maximal zulässige Grenzwerte der betreffenden Körperfunktion zu definieren. Diese Grenzwerte können dann beispielsweise dazu verwendet werden, die von der Trainingseinrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder Drehmomente soweit zu reduzieren, wenn die jeweils erfaßte Körperfunktion den ihr zugeordneten maximal zulässigen Grenzwert überschreitet, dass eine Überbelastung der trainierenden Person vermieden wird.
Besonderes von Vorteil ist es bei dieser Verfahrensvariante, wenn die Grenzwerte so eingestellt werden, dass die von der Trainingseinrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder Drehmomente, gegen die die betreffende Person trainiert, ein aerobes Mus- keltraining bei der betreffenden Person bewirken. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Trainingsgerät als Ausdauertrainingsgerät eingesetzt werden soll.
Sofern die trainierende Person, beispielsweise ein Hochleistungssportler, bewußt ein anaerobes Muskeltraining durchführen möchte, können die maximal zulässigen Grenzwerte so verändert werden, dass ein noch körperverträgliches anaerobes Mus- keltraining möglich ist, eine Überbelastung von Muskeln jedoch vermieden wird.
Als körperspezifische Datensätze werden bei einer besonders bevorzugten Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Körpermasse und die Körperhöhe, gegebenenfalls der Sportlichkeitsgrad und/oder auch das Alter vorgegeben. Insbesondere die als Body-Mass-Index (BMI) definierte Beziehung zwischen Körpermasse und Körperhöhe kann als körperspezifischer Datensatz eingesetzt werden. Die Steuerungseinrichtung ist dann mit einer entsprechenden Datenbank ausgestattet, in der in Abhängigkeit von dem Body-Mass-Index und weiteren körperspezifischen Datensätzen, wie dem Sportlichkeitsgrad oder dem Alter, vorgegebene Bereiche der Herzschlagfre- quenz, Bereiche für den Lactatspiegel oder den Blutsauerstoff, in Tabellen abgelegt sind. Sobald über ein geeignetes Medium, beispielsweise eine Eingabetastatur oder ein Speichermedium, die körperspezifischen Datensätze in die Steuerungseinrichtung eingegeben worden sind, sucht die Steuerungseinrichtung automatisch die für die jeweilige Person optimalen Bereiche für die Werte der betreffenden Körperfunktion heraus, auf deren Grundlage dann die weitere Regelung des Trainingsgerätes folgt. In diesen
Tabellen können beispielsweise altersabhängige maximal zulässige Grenzwerte für den Puls, den Lactatspiegel, den Blutzuckerspiegel und ähnliches abgelegt seih. Letzterer ist insbesondere dann wichtig, wenn eine an Diabetes leidende Person trainiert, um der Person die Gefahr einer eventuellen Unterzuckerung beim Training zu signalisie- ren.
Des weiteren wird bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante vorgeschlagen, die betreffende Körperfunktion als Verlauf bezogen auf die Zeit zu erfassen und in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der Körperfunktion das Trainingsverhalten der Person als einen körperspezifischen Datensatz zu erfassen. So hat sich beispielsweise, wie zuvor bereits erläutert wurde, gezeigt, dass Hochleistungssportler im Verhältnis
zu weniger trainierten Personen trotz hoher körperlicher Belastungen verhältnismäßig niedrige Pulszahlen bei der Herzschlagfrequenz zeigen, so dass beim Erfassen der Herzschlagfrequenz die eventuell üblicherweise vorgegebenen Grenzwerte für die Herzschlagfrequenz ungeeignet wären. In diesem Fall kann, wenn zuvor entsprechend einem vorgegebenen Trainingsprogramm, beispielsweise bei einem Spitzensportler, die Herzschlagfrequenz als Verlauf bezogen auf die Zeit erfaßt worden ist, ein für diese Person individueller Grenzwert bestimmt werden. In gleicher Weise ist es möglich, das Trainingsverhalten einer Person zu erfassen, so dass beispielsweise ein Trainingsverhalten, das eher körperschädigend wäre, durch Erfassen des zeitlichen Ver- laufes der jeweils betreffenden Körperfunktion bestimmt und die Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes zur Vermeidung einer eventuell zu hohen Belastung gezielt reduziert werden kann.
Ein weitere Aspekt der Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Vorrichtung an- zugeben, mit der unterschiedlichste Körperfunktionen auf exakte Weise und ohne großen Aufwand einer trainierenden Person erfaßt und zur Optimierung des Körpertrainings eingesetzt werden können.
Damit Personen beim Muskeltraining oder bei der Übeφrüfung ihrer Muskelleistung möglichst schonend an ihre Leistungsgrenzen geführt werden, werden von den Personen beim Training immer häufiger Vorrichtungen getragen, mit denen als Körperfunktion die Herzschlagfrequenz erfaßt werden kann. Die erfaßte Herzschlagfrequenz wird dann an eine Auswerteeinheit weitergeleitet, die aus den Sensorsignalen beispielsweise die aktuelle Pulszahl des Trainierenden ermittelt und diese an einer An- zeigeeinheit anzeigt.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 42 41 336 AI oder der DE 42 15 549 C2 bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen trägt die trainierende Person die Sensoreinheit zum Erfassen des Herzpulses mit Hilfe eines Brustgurtes unmittelbar in der Herzgegend. Die von der Sensoreinheit erfaßte Herzschlagfrequenz wird über eine gleichfalls im Brustgurt integrierte Übertragungseinheit an eine arm-
banduhrähnliche Auswerteeinheit durch Funksignale übertragen. Die Auswerteeinheit ermittelt dann aus den übertragenen Sensorsignalen die aktuelle Herzschlagfrequenz, welche in einer Anzeigeeinheit als Zahlenwert angegeben wird.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind lediglich in der Lage, die Herzschlagfrequenz zu erfassen. Weitere Körperfunktionen, wie beispielsweise der Lactatspiegel, der Blutsauerstoff, der Blutzuckerspiegel oder auch die Körpertemperatur, können insbesondere in der Brustgegend, an der die Sensoreinheit durch den Brustgurt gehalten ist, nicht erfaßt werden. So ist beispielsweise der Lactatspiegel o- der der Blutsauerstoff nur an einer unmittelbar nahe der Hautoberfläche angeordneten
Arterie auf einfache Weise, d.h. unblutig, zu bestimmten. Des weiteren reicht die von der Sensoreinheit erfaßte Herzschlagfrequenz auch nicht für eine exakte Regelung eines Trainingsgerätes aus, um die Trainingseinrichrung des Trainingsgerätes, die Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt, gegen welche die Person mit Muskelkraft trainiert, entsprechend dem tatsächlichen Trainingszustand der trainierenden Person gezielt anzusteuern.
Ein wesentlicher Ansatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, Körperfunktionen der trainierenden Person an einer Stelle zu erfassen, die einerseits gut zu- gänglich ist, während sie andererseits eine verhältnismäßig exakte Messung verschiedenster Körperfunktionen, wie des Lactatspiegels, des Blutsauerstoffs, der Herzschlagfrequenz oder des Blutzuckerspiegels, zuläßt. Zu diesem Zweck wird deshalb vorgeschlagen, zumindest eine dieser Körperfunktionen am Hals der Person, und zwar unmittelbar an oder nahe zumindest einer der beiden Karotis, also der Hals- Schlagadern der Person, zu erfassen. So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass beispielsweise bei einer Messung der Herzschlagfrequenz im Bereich der Karotis nicht nur die Herzschlagfrequenz sondern auch der zeitliche Ablauf des Herzschlages, d.h. die Systole und die Diastole, auf einfache und sehr exakte Weise bestimmt werden kann. Auch eine für das normale Training von der Genauigkeit her ausreichende Be- Stimmung des Lactatspiegels ist beispielsweise durch Verwendung eines photometrischen Messverfahrens möglich. Diese unmittelbar an oder nahe der Karotis erfaßten
Körperfunktionen können dann an eine Auswerteeinheit übertragen werden, welche basierend auf den Sensorsignalen der Sensoreinheit Auswertedaten erstellt, die beispielsweise zum Ansteuern des Trainingsgerätes, auf dem die trainierende Person aktuell trainiert, eingesetzt werden können. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird deshalb vorgeschlagen, zumindest eine Sensoreinheit und die Übertragungseinheit, mit der die Sensorsignale an die Auswerteeinheit übertragen werden, an einem Trägerhalsband vorzusehen, das die trainierende Person so während des Trainings am Hals trägt, dass die Sensoreinheit die zu erfassende Körperfunktion an oder nahe der Karotis bestimmen kann. Hierdurch ist mit relativ einfach aufgebauten Sensoreinhei- ten auf einfache Weise das Erfassen der zu überwachenden Körperfunktion möglich, wobei aufgrund der Messung an der Karotis die die aktuelle Körperfunktion darstellenden Sensorsignale eine so ausreichend hohe Genauigkeit besitzen, dass sie für die Optimierung des Trainingsablaufes eines Trainingsgerätes, an dem die Person trainiert, eingesetzt werden können. Bei entsprechend technischer Ausgestaltung ist es sogar möglich, die Empfindlichkeit der Sensoreinheit so zu erhöhen, dass die erzeugten Sensorsignale gegebenenfalls auch für Rehabilitationszwecke oder zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit der trainierenden Person eingesetzt werden können.
So wird bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Vorrichtung als Körperfunktion den Lactatspiegel und/oder den Blutsauerstoff und/oder die Herzschlagfrequenz und/oder den Blutzuckerspiegel und/oder die Körpertemperatur erfaßt. So kann durch die Bestimmung des Lactatspiegels im Blut unmittelbar auf den aktuellen Trainingszustand der trainierenden Person rückgeschlossen werden. Die Konzentration des Lactates, bei dem es sich um ein Stoffwechselabfallprodukt handelt, welches bei der anaeroben Energiegewinnung aus Glukose freigesetzt wird und die Muskeln übersäuert, gibt unmittelbar Aufschluß darüber, ob die trainierende Person noch im aeroben Trainingsbereich trainiert, oder ob die trainierende Person bereits auf die anaerobe Energiegewinnung angewiesen ist, bei der Glukose abgebaut wird.
Der Blutsauerstoff, d.h. die Sauerstoffsättigung im Blut, gibt an, wie hoch der prozentuale Anteil von Oxyhemoglobin an der Gesamtkonzentration des Hemoglobins im Blut ist. Hierdurch kann bestimmt werden, in wie weit die trainierende Person in der Lage ist, Sauerstoff im Blut zu speichern, was insbesondere für ein Ausdauertraining von besonderer Wichtigkeit ist. Auch die Bestimmung der Herzschlagfrequenz ist von großer Bedeutong, da die Anzahl der Herzschläge einen unmittelbaren Hinweis auf den Belastongszustand der trainierenden Person gibt. Darüber hinaus ist es durch das Messen der Herzschlagfrequenz unmittelbar an der Karotis möglich, auch den Verlauf der Herzschlagfrequenz, d.h. die Systole und die Diastole des Herzens, zu bestim- men, wodurch eine sehr genaue Bestimmung der aktuellen Belastung des Herzens beim Training möglich ist. Auch die Messung des Blutzuckerspiegels ist von Bedeutung, da erst bei der anaeroben Energiegewinnung Glukose aufgespalten wird. Des weiteren kann auch die Körpertemperatur der trainierenden Person erfaßt werden, da die Körpertemperatur einen unmittelbaren Hinweis auf den aktuellen Belastungszu- stand der trainierenden Person gibt.
Zum Erfassen des Lactatspiegels, der Herzschlagfrequenz oder des Blutsauerstoffes kann eine photometrische Sensoreinheit eingesetzt werden, bei der Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch das zu untersuchende Gewebe gelenkt und nach dem Durchdringen des Gewebes erfaßt wird, wobei die Änderungen in den Wellenlängenbereichen nach dem Durchlaufen des Gewebes unmittelbar die Lactatkon- zentration oder die Sauerstoffsättigung des Blutes angeben, während die Schwankungen im Sensorsignal Rückschlüsse auf die Herzschlagfrequenz zulassen.
Besonders bevorzugt wird eine photometrische Sensoreinheit eingesetzt, die mehrere
Körperfunktionen gleichzeitig erfassen kann, so beispielsweise den Lactatspiegel und die Herzschlagfrequenz, den Blutsauerstoff und die Herzschlagfrequenz oder auch den Lactatspiegel und den Blutsauerstoff.
Zum Erfassen des Blutzuckers wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verwendung einer iontophoresischen Sensoreinheit
vorgeschlagen, bei der mit Hilfe zweier Elektroden, die auf die Haut aufgelegt sind, der Blutzuckerspiegel bestimmt wird, indem eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, wodurch eine Ionenwanderung in der Haut bewirkt wird. Dabei wandern die positiv geladenen Natriumionen gemeinsam mit dem Blutzucker zur negativen E- lektrode, während negativ geladene Chlorionen zur positiv geladenen Elektrode wandern. Durch vorheriges Eichen kann hierdurch der Blutzuckerspiegel bestimmt und unmittelbar auf den Blutzuckerspiegel der trainierenden Person rückgeschlossen werden. Durch Umkehrung der Polarität wird der zuvor beschriebene Vorgang wieder umgekehrt.
Des weiteren wird vorgeschlagen, zum Erfassen der Hautoberflächentemperator eine Temperatorsensoreinheit einzusetzen, die beispielsweise mit einem Halbleitersensor arbeitet.
Die Übertragung der Messsignale kann beispielsweise durch ein Kabel erfolgen, das die Sensorsignale von der Übertragungseinheit an die Auswerteeinheit weiterleitet. Besonders bevorzugt ist die Übertragungseinheit zum Übertragen und Empfangen elektromagnetischer Wellen ausgelegt, so dass die Sensorsignale und gegebenenfalls Steuerungssignale in Form von Funksignalen an die Auswerteeinheit übertragen bzw. von dieser empfangen werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die trainierende Person sich während des Trainings relativ frei bewegen möchte. Sie muß sich dann lediglich im Sende- und Empfangsbereich der Auswerteeinheit aufhalten.
Insbesondere wenn mehrere Sensoreinheiten am Trägerhalsband der erfindungsgemä- ßen Vorrichtong vorgesehen sind, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Übertragungseinheit eine Steuerung zum Ansteuern der Sensoreinheiten aufweist, die entsprechend empfangener Steuersignale beispielsweise die Sensoreinheiten unabhängig voneinander aktiviert oder gegebenenfalls auch abschaltet.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit der Vorrichtung an eine Steuerungseinrichtong eines Trainingsgerätes angeschlossen, so dass die von der Vorrichtung abgegebenen
Sensorsignale, die die erfaßten Körperfunktionen anzeigen, von der Auswerteeinheit unmittelbar in die Steuerungseinrichtong des Trainingsgerätes eingespeist werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Sensorsignale auch zum Ansteuern des Trainingsgerätes eingesetzt werden.
Das Trägerhalsband kann als separates Accessoire ausgebildet sein, das von der trainierenden Person bei jedem Training angelegt wird. Alternativ ist es auch möglich, das Trägerhalsband in ein Kleidungsstück zu integrieren. Das Trägerhalsband kann beispielsweise in den Kragen eines T-Shirts oder eines Sweatshirts eingearbeitet sein, so dass bei der trainierenden Person lediglich durch Anziehen des Kleidungsstückes bereits die Vorrichtong zum Erfassen der Körperfunktionen ordnungsgemäß angelegt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnah- me auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtong zum Erfassen mehrerer Körperfunktionen, und
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Trainings gerätes, das gemeinsam mit der Vorrichtong nach Fig. 1 verwendbar ist.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtong 10 zum Erfassen verschiedener Körperfunktionen, nämlich zum Erfassen des Lactatspiegels, des Blutsau- erstoffs, der Herzschlagfrequenz, des Blutzuckerspiegels und der Körpertemperatur.
Die Vorrichtung 10 weist ein Trägerhalsband 12 auf, das aus einem anschmiegsamen, angenehm zu tragenden Material, beispielsweise einem Stoffmaterial oder einem weichen Kunststoffmaterial, gefertigt ist. Das Trägerhalsband 12 wird um den Hals 14 (strichpunktiert dargestellt) der trainierenden Person gelegt und mit Hilfe eines Ver- Schlusses 16, der beispielsweise als Klettverschluss ausgebildet ist, in einer für die Person angenehm zu tragenden Stellung geschlossen.
Am Trägerhalsband 12 ist eine Übertragungseinheit 18 gehalten, die größtenteils in das Material des Trägerhalsbandes 12 eingebettet ist. Die Übertragungseinheit 18 steht mit mehreren Sensoreinheiten 20, 22, 24, 26 und 28 zur Signalübertragung in Ver- bindung. Bei den Sensoreinheiten 20, 22 und 24 handelt es sich um photometrische Sensoreinheiten, die zu verschiedenen Zwecken dienen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzzweck sind dabei die Sensoreinheiten 20, 22, 24 und 28 in unmittelbarer Nähe zu den beiden Hauptschlagadern 30 und 32 (gleichfalls strichpunktiert dargestellt) angeordnet, wenn das Trägerhalsband 12 der Vorrichtong 10 ordnungs- gemäß angelegt ist.
Die photometrische erste Sensoreinheit 20 dient dabei zum Erfassen des Lactatspiegels im Blut, in dem Licht an der Oberfläche der Karotis 30 entlang geleitet und anschließend erfaßt wird, wobei in Abhängigkeit von den Wellenlängenänderungen, die das Licht beim Durchlaufen des Randbereiches der Karotis erfährt, der Lactatspiegel aus dem Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 20 bestimmt werden kann. Die photometrische zweite Sensoreinheit 22 basiert auf derselben Funktionsweise und erfaßt die Herzschlagfrequenz, wobei nicht nur der Pulsschlag sondern der gesamte Verlauf der Herzschlagfrequenz über die Zeit, d.h. die Systole und die Diastole, miterfaßt wird. Bei der dritten Sensoreinheit 24 handelt es sich gleichfalls um eine photometrische Sensoreinheit, bei der mit Licht der Gehalt an Blutsauerstoff im Blut der in Fig. 1 rechts dargestellten Karotis 32 erfaßt wird.
Bei der vierten Sensoreinheit 28 handelt es sich um eine iontophoresische Sensorein- heit, mit der der Blutzuckerwert bestimmt werden kann. Die iontophoresische Sensoreinheit 28 ist hierzu mit einer Anode 34 und einer Kathode 36 ausgestattet. Durch Anlegen einer geringen Spannung zwischen der Anode 34 und der Kathode 36, werden die im Gewebe enthaltenen Natriumionen und Chlorionen zum Wandern zwischen den beiden Elektroden 34 und 36 angeregt, wobei die positiv geladenen Natriumionen zur negativen Kathode 36 wandern, während die negativ geladenen Chlorionen zur positiv geladenen Anode 34 wandern. Da die Blutzuckermoleküle die Eigenschaft haben, ge-
meinsam mit den Natriumionen mitzuwandern, gelangen auch diese zur Kathode 36, wodurch die Blutzuckerwerte unmittelbar bestimmt werden können. Durch Umkehren der Spannung wird dieser Vorgang rückgängig gemacht.
Des weiteren ist zwischen den beiden Paaren von Sensoreinheiten 20 und 22 bzw. 24 und 28 eine Temperatorsensoreinheit 26 angeordnet, die mit Hilfe eines Halbleitersensors die Oberflächentemperator an der Haut der trainierenden Person erfaßt.
Die von den Sensoreinheiten 20 bis 28 erfaßten Körperfunktionen werden in Form von Sensorsignalen über nicht dargestellte feine Leitongen an die Übertragungseinheit 18 geleitet. Die Übertragungseinheit 18 ist zum Übertragen und Empfangen elektromagnetischer Wellen 38 ausgelegt und steht mit einer nicht dargestellten Auswerte- einheit eines Trainingsgerätes 40 in Funkverbindung. Der Aufbau des Trainingsgerätes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher erläutert.
Bei dem Trainingsgerät 40 handelt es sich um einen so genannten Ellipsentrainer. Das Trainingsgerät 40 hat ein Gestell 42, an dem eine Trainingseinrichtong 44 vorgesehen ist. Die Trainingseinrichtong 44 ist mit einer Steuerungseinrichtong 46 verbunden und wird von dieser so angesteuert, dass die Trainingseinrichtong 44 ein der Muskelkraft der trainierenden Person entgegenwirkendes Bremsdrehmoment erzeugt, wie später noch erläutert wird.
Die Trainingseinr-ichtong 44 weist eine Schwungscheibe 48 auf, an der zu beiden Seiten exzentrisch und um 180° im Drehsinn versetzt beiderseits jeweils ein Pedal 50 mit seinem einen Ende angelenkt ist. Das andere Ende des Pedals 50 ist an ein Schwenklager 52 angekoppelt, mit dem das jeweilige Pedal 50 mit einem am Gestell 42 vorgesehenen, an einem zweiten Drehlager 54 schwenkbar gelagerten Hebel 56 verbunden ist.
Zum Training steht die trainierende Person aufrecht auf den beiden Pedalen 50, bewegt diese in etwa horizontaler Richtung vor und zurück, während sie gleichzeitig an
den beiden Hebeln 56 zieht bzw. schiebt. Auf diese Weise wird das Schwungrad 48 in Bewegung versetzt, welches mit einer in einem Gehäuse 58 des Trainingsgerätes 40 angeordneten Bremseinrichtung gekoppelt ist. Die Bremseinrichtong der Trainingseinrichtung 44 ist mit der Steuerungseinrichtong 46 verbunden, wobei die Steuerungsein- richtung entsprechend vorgegebener Trainingsprogramme das von der Bremseinrichtong erzeugte Bremsdrehmoment, das auf die Schwungscheibe 48 einwirkt, variiert.
Die Steuerungseinrichtong 46 ist bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät 40 zusätzlich mit der Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ausgestattet, die die von der Über- tragungseinheit ausgesandten elektromagnetischen Wellen 38 erfaßt bzw. an die Übertragungseinheit 18 entsprechende Steuersignale in Form elektromagnetischer Wellen überträgt.
Nach dem Anschalten des Trainingsgerätes 40 werden von der Steuerungseinrichtong 46 zunächst körperspezifische Datensätze der trainierenden Person, nämlich die Körpermasse, die Köφerhöhe, der Trainingszustand, d.h. der Sportlichkeitsgrad, und das Alter, aus einem Speichermedium eingelesen oder von der trainierenden Person in die Steuerungseinrichtong 46 eingegeben. Die individuellen köφerspezifischen Datensätze werden mit vorgegebenen Referenz-Datensätzen, die in der Steuerungseinrichtong 46 fest abgespeichert sind, verglichen. In Abhängigkeit von den köφerspezifischen Datensätzen und dem ausgewählten Trainings ablauf, den die trainierende Person absolvieren soll, werden dann aus den Referenz-Datensätzen maximal zulässige Grenzwerte für die Herzschlagfrequenz, den Blutzuckerspiegel, den Lactatspiegel, den Blut- sauerstoff und die Köφertemperator ausgewählt.
Nachdem die trainierende Person das Trägerhalsband 12 ordnungsgemäß angelegt hat, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird durch Aktivieren des Trainingsgerätes 40 ein entsprechender Schaltimpuls von der Auswerteeinheit an die Übertragungseinheit 18 übertragen, die ihrerseits die Sensoreinheiten 20 bis 28 aktiviert. In Abhängigkeit von einem von der Steuerungseinrichtong 46 vorgegebenen Messzyklus werden dann von den verschiedenen Sensoreinheiten 20 bis 28 die verschiedenen Köφerfunktionen, wie der
Lactatspiegel, der Blutsauerstoff, die Herzschlagfrequenz, der Blutzuckerspiegel oder auch die Hautoberflächentemperator, kontinuierlich (z.B. Herzschlagfrequenz) oder intermittierend (z.B. Blutzuckerspiegel) erfaßt und in Form von Sensorsignalen von der Übertragungseinheit 18 an die Aus Werteeinheit übermittelt. In der Auswerteeinheit werden in Abhängigkeit von den erfaßten Sensorsignalen Auswertedaten erzeugt, die anschließend mit den vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwerten in der Steuerungseinrichtong 46 verglichen werden.
Wie bereits erläutert wurde, basieren diese vorgegebenen maximal zulässigen Grenz- werte auf den vorgegebenen köφerspezifischen Datensätzen der trainierenden Person, die zuvor in die Steuereinrichtung 46 eingegeben oder eingelesen wurden. Die maximal zulässigen Grenzwerte sind dabei so bemessen, dass die betreffende Person bei Einhalten dieser Grenzwerte ein aerobes Muskeltraining vollführt, um eine maximale Fettverbrennung zu erreichen. Sofern dies gewünscht ist, können die Grenzwerte je- doch auch so vorgegeben werden, dass gezielt ein anaerobes Muskeltraining vollführt wird.
Um dies zu erreichen, werden kontinuierlich oder intermittierend mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtong 10 die zuvor angesprochenen Köφerfunktionen erfaßt und mit den vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwerten verglichen. Sobald eine der Köφerfunktionen vom Wert her den ihm zugeordneten maximal zulässigen Grenzwert überschreitet, reduziert die Steuerungseinrichtong 46 das von der Bremseinrichtong erzeugte Bremsdrehmoment, so dass die trainierende Person für das Training weniger Kraft aufwenden muss und damit deren Belastung geringer ist. Auf diese Weise wird der gesamte Trainingsablauf kontinuierlich überwacht und das Trainingsgerät entsprechend einem optimalen Trainingsergebnis an die individuelle und aktuelle Leistungsfähigkeit der trainierenden Person angepaßt.
Nach dem Ende des Trainings können die in der Steuerungseinrichtung 46 abgespei- cherten Grenzwerte, der Trainingsablauf, die verschiedenen erfaßten Köφerfunktionen im Speichermedium individualisiert auf die Person abgespeichert werden, wobei
auch Änderungen in den köφerspezifischen Datensätzen mit abgespeichert werden können.
Die köφerspezifischen Datensätze können auch fest vorgegebene Grenzwerte für be- stimmte Köφerfunktionen als Datensätze mitomfassen, die nicht verändert werden sollen.
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