Реферат: Новая автоматизированная система оптимизации рационов питания спортсменов

В последнеевремя специалисты-нутрициологи все более уверенно отстаивают точку зрения,согласно которой ни один из факторов, за исключением наследственнообусловленных возможностей и степени адаптации к физическим нагрузкам, неоказывает столь сильного влияния на спортивный результат, как питание [6, 9,10].

В то же времямногочисленные исследования, проведенные на командах самого различного ранга,свидетельствуют о серьезных диетических нарушениях в пищевых рационахспортсменов, что, естественно, не может негативно не повлиять на уровень ихспортивных результатов [4, 10].

В связи с этимпроблема рационализации питания на основе его ежедневной оперативной оценки исвоевременной оптимизации с учетом спортивной специализации, задач и условийпроведения тренировочного процесса продолжает привлекать внимание ученых. Внастоящее время с этой целью используются различные методы анализа фактическогопитания, среди которых наиболее широкое распространение получиланкетно-опросный метод, реализованный в компьютеризованных анкетах [3] испециальных программах для оперативного анализа фактического питания и егосвоевременной коррекции с целью создания благоприятного метаболического фонапри интенсивной мышечной деятельности [5, 11, 12].

Однако всесуществующие разразработки автоматизированной системы анализа практически неучитывают важного концептуального положения, согласно которому метаболическийфон в значительной мере определяется уровнем незаменимых факторов питания(незаменимых аминокислот, непредельных жирных кислот, биологически активныхвеществ) и степенью их усвояемости [6].

Реализация данногоположения требует следующего: а) дополнительных данных относительнобиологической ценности рационов (содержание незаменимых аминокислот,полиненасыщенных жирных кислот, соотношение компонентов углеводной частипитания [6], в том числе наличие пищевых волокон); б) сведений об оптимальномсоотношении в спектре минерального состава, что обусловливает степеньусвояемости отдельных компонентов пищи пищеварительной системой [7]; в)соблюдения условий совместимости продуктов с учетом биологической направленностипри их комбинации для одновременного приема [2] и г) учета потерь пищевойценности продуктов при их кулинарной обработке [8].

С учетомвышеизложенного нами была разработана математическая модель оптимизациирационов питания спортсменов, которая реализована в программном обеспечении дляIBM-совместимых компьютеров и позволяет решать следующие задачи:
1. Анализировать суточный рацион или отдельные приемы пищи (завтрак, обед,полдник, ужин, дополнительное питание) с известным количественным наборомготовых продуктов по энергетической ценности и химическому составу с цельювыявления диетических нарушений.
2. Рассчитывать для фиксированного перечня готовых продуктов их оптимальноеколичество, максимально приближенное по всем параметрам к эталонному рациону, рекомендуемомув зависимости от спортивной специализации, энергетической направленностивыполняемой нагрузки, условий (среднегорье, высокогорье, высокие и низкиетемпературы) и специальных задач (максимальное углеводное насыщение)тренировочного процесса.
3. Оптимизировать рацион в зависимости от поставленной задачи путем подборагруппы готовых продуктов из полного или избранного перечня архивных данных,равнозначно учитывая при этом все необходимые параметры качества каждогопродукта.
4. Переводить полученные количества готовых продуктов рациона в набор рыночныхкомпонентов, входящих в их состав, с учетом потерь при кулинарной обработке.
5. Корректировать рацион питания спортсменов с учетом диетических отклонений поотдельным параметрам химического состава и энергетической ценности путемдополнительного введения продуктов повышенной биологической ценностиспециального назначения, поливитаминных и поливитаминно-минеральных препаратов,а также природных биологически активных веществ.

Результатырешения поставленных задач выражаются в граммах готовых продуктовоптимизированного рациона.

Интегральныйкритерий качества (показатель адекватности) оценивает оптимизацию рациона (в%), равнозначно учитывая энергетическую стоимость и все параметры химическогосостава каждого продукта.

Энергетическаяценность рациона при необходимости может жестко фиксироваться в условияхрешения поставленной задачи; равнозначно учитываться вместе с оптимизируемымипараметрами химического состава; констатироваться после оптимизации рациона.

Все компонентыхимического состава, в том числе незаменимые факторы питания, рассчитываются вграммах суточной потребности и в процентах по отношению к эталонным значениям.

Принеобходимости возможно вычисление величины каждого оптимизируемого параметра вграммах на 1 килограмм массы тела для подбора индивидуального питанияспортсменов.

Полученныеданные могут быть распечатаны в текстовой редакции, а также в виде графиков игистограмм.

Для формализациикачественных и количественных характеристик пищевых продуктов, используемых примоделировании адекватных рационов питания спортсменов, в программе предложеныследующие обозначения: bi (1<=i<=p) — значение каждого оптимизируемогопараметра; xj (1<=j<=n) — количество продукта, входящего в состав рациона.

Задача поопределению количества каждого продукта в оптимизируемом рационе xj(1<=j<=p) решалась таким образом, что суммарные значения всех параметровнабора продуктов сi по абсолютной величине и соотношению максимальноприближались к соответствующим эталонным значениям bi. Для оптимизации С = {ci}с помощью управляющего вектора Х ={xj} разработан критерий качества (целеваяфункция), отражающий степень сбалансированности. Массовая доля i-го показателяв j-м продукте, входящем в состав рациона, обозначалась как аij. Эти числасведены в матрицу А = (aij) размером p x n и по формуле:

/> <td/> />
 (1)

получен векторхимического состава оптимизируемого рациона.

Исходя изфизиологических норм питания, на управляющий вектор Х возможно наложениеограничений:

О <= xj <=kj,

(2)

где константы kjизвестны и задаются.

/> <td/> />
Учитываякачественные различия готовых блюд и составляющих их рыночных продуктов,целесообразно вектор Х считать относящимся к расчету готовых продуктов, аколичества рыночных продуктов ye (1<=e<=m), cоставляющие вектор Y = {ye},можно получить по формуле:

 (3)

где: dej — массовые доли е-го рыночного продукта в i-м готовом продукте, составляющемматрицу d=(dej).

/> <td/> />
С учетомквадрата модуля разности векторов химических составов оптимизируемого рациона Си эталона В:

 (4)

/> <td/> />
предложенследующий показатель сбалансированности по химическому составу:

 (5)

Очевидно, чтопри полном совпадении С и В величина F достигает своего глобального максимума — 100%.

Можно показать,что экстремумы (5) и (4) достигаются при одних и тех же оптимальных решениях Х.

Наряду споказателем сбалансированности по химическому составу рациона, который долженбыть максимизирован, в питании спортсменов определяющую роль играетэнергетическая стоимость рациона — Q:

/>

 (6)

где: qj — калорийность единицы массы j-го продукта, используемого в рационе.

Тогда целевойфункцией в задаче (1) — (6) должна выступать функция, которая относится кклассу выпуклого квадратичного программирования [12]:

/>

(7)

где: К — показатель адекватности рациона спортсменов.

Аналогично прирешении задачи (7) можно учесть необходимость минимизации стоимости рационовпитания и другие факторы, имеющие значение для конкретного пользователя.

Список литературы

1. Базара М.,Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы.- М.: Мир, 1982.

2. ВикторовА.П., Передерий В.Г. Щербак А.В. Взаимодействие лекарств и пищи.- Киев:Здоров'я, 1991.

3. Иванов А.В.,Пшендин А.И., Рогозкин В.А. и др. Компьютеризованная анкета для оценкифактического питания лиц работоспособного возраста при повышении двигательнойактивности /Тез. докл. Всесоюзн. научно-практ. конф. «Культурадвигательной активности, питания и закаливания».- М.: ВНИИФК, 1991, с.43-44.

4. КоровниковК.А., Лешик Я.Д. Питание и спортивная работоспособность. «Теор. и практ.физ. культ.», 1989, № 11, c. 9-12.

5. Методическиерекомендации по организации обследования фактического питания отдельных группнаселения анкетно-опросным методом с применением электронно-вычислительнойтехники /В.И. Смоляр, В.Я. Береза, А.Г. Кондратенко и др. Киев, 1979.

6. РогозкинВ.А., Пшендин А.И., Шишина Н.Н. Питание спортсменов.- М.: ФиС, 1989.

7. Смоляр В.И.Рациональное питание.- Киев: Наукова думка, 1991.

8. Химическийсостав пищевых продуктов /Под ред. И.М. Скурихина, В.А. Шатерникова. — М.:Легкая и пищевая промышленность, 1984.

9.Block J., Hartman A.N., Dresser C.M. //Am.J. Epidemiol., 1986, v. 124, p.453-469.

10.Costill D.L. Cardohydrates for exercise: dietary demands for optimalperformance //Int. J. Sports Med., 1988, v. 9, p. 1-18.

11.Orme J.F., Clemer T.P. Med. Clin. N. Amer., 1983, v. 67, № 6, p. 1295.

12. WitschiJ., Komaloff H., Bloom S., Slack W.-J. The Amer. Diet., Associat., 1981, v. 79, p.609.

Для подготовкиданной работы были использованы материалы с сайта www.sportreferats.ru