Новая автоматизированная система оптимизации рационов питания спортсменов

НОВАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОПТИМИЗАЦИИ РАЦИОНОВ ПИТАНИ Я СПОРТСМЕНОВ В последнее время специ алисты-нутрициологи все более уверенно отстаивают точку зрения, соглас но которой ни один из факторов, за исключением наследственно обусловлен ных возможностей и степени адаптации к физическим нагрузкам, не оказыва ет столь сильного влияния на спортивный результат, как питание [6, 9, 10]. В то же время многочисленные исследования, проведенные н а командах самого различного ранга, свидетельствуют о серьезных диетич еских нарушениях в пищевых рационах спортсменов, что, естественно, не мо жет негативно не повлиять на уровень их спортивных результатов [4, 10]. В связи с этим проблема рационализации питания на основе его ежедневной оперативной оценки и своевременной оптимизации с учето м спортивной специализации, задач и условий проведения тренировочного процесса продолжает привлекать внимание ученых. В настоящее время с это й целью используются различные методы анализа фактического питания, ср еди которых наиболее широкое распространение получил анкетно-опросный метод, реализованный в компьютеризованных анкетах [3] и специальных прог раммах для оперативного анализа фактического питания и его своевремен ной коррекции с целью создания благоприятного метаболического фона пр и интенсивной мышечной деятельности [5, 11, 12]. Однако все существующие разразработки автоматизирован ной системы анализа практически не учитывают важного концептуального положения, согласно которому метаболический фон в значительной мере оп ределяется уровнем незаменимых факторов питания (незаменимых аминокис лот, непредельных жирных кислот, биологически активных веществ) и степен ью их усвояемости [6]. Реализация данного положения требует следующего: а) допо лнительных данных относительно биологической ценности рационов (содер жание незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, соотно шение компонентов углеводной части питания [6], в том числе наличие пищевы х волокон); б) сведений об оптимальном соотношении в спектре минеральног о состава, что обусловливает степень усвояемости отдельных компоненто в пищи пищеварительной системой [7]; в) соблюдения условий совместимости п родуктов с учетом биологической направленности при их комбинации для о дновременного приема [2] и г) учета потерь пищевой ценности продуктов при и х кулинарной обработке [8]. С учетом вышеизложенного нами была разработана математи ческая модель оптимизации рационов питания спортсменов, которая реали зована в программном обеспечении для IBM-совместимых и позво ляет решать следующие задачи: 1. Анализировать суточный рацион или отде льные приемы пищи (завтрак, обед, полдник, ужин, дополнительное питание) с известным количественным набором готовых продуктов по энергетической ценности и химическому составу с целью выявления диетических нарушени й. 2. Рассчитывать для фиксированного перечня готовых продуктов их опти мальное количество, максимально приближенное по всем параметрам к этал онному рациону, рекомендуемому в зависимости от спортивной специализа ции, энергетической направленности выполняемой нагрузки, условий (сред негорье, высокогорье, высокие и низкие температуры) и специальных задач ( максимальное углеводное насыщение) тренировочного процесса. 3. Оптими зировать рацион в зависимости от поставленной задачи путем подбора гру ппы готовых продуктов из полного или избранного перечня архивных данны х, равнозначно учитывая при этом все необходимые параметры качества каж дого продукта. 4. Переводить полученные количества готовых продуктов р ациона в набор рыночных компонентов, входящих в их состав, с учетом потер ь при кулинарной обработке. 5. Корректировать рацион питания спортсмен ов с учетом диетических отклонений по отдельным параметрам химическог о состава и энергетической ценности путем дополнительного введения пр одуктов повышенной биологической ценности специального назначения, по ливитаминных и поливитаминно-минеральных препаратов, а также природны х биологически активных веществ. Результаты решения поставленных задач выражаются в грам мах готовых продуктов оптимизированного рациона. Интегральный критерий качества (показатель адекватност и) оценивает оптимизацию рациона (в %), равнозначно учитывая энергетическ ую стоимость и все параметры химического состава каждого продукта. Энергетическая ценность рациона при необходимости може т жестко фиксироваться в условиях решения поставленной задачи; равнозн ачно учитываться вместе с оптимизируемыми параметрами химического сос тава; констатироваться после оптимизации рациона. Все компоненты химического состава, в том числе незамени мые факторы питания, рассчитываются в граммах суточной потребности и в п роцентах по отношению к эталонным значениям. При необходимости возможно вычисление величины каждого оптимизируемого параметра в граммах на 1 килограмм массы тела для подбора индивидуального питан ия спортсменов. Полученные данные могут быть распечатаны в текстовой ре дакции, а также в виде графиков и гистограмм. Для формализации качественных и количественных характе ристик пищевых продуктов, используемых при моделировании адекватных р ационов питания спортсменов, в программе предложены следующие обознач ения: bi (1<=i<=p) - значение каждого оптимизируемого параметра; xj (1<=j<=n) - количество п родукта, входящего в состав рациона. Задача по определению количества каждого продукта в опт имизируемом рационе xj (1<=j<=p) решалась таким образом, что суммарные значения всех параметров набора продуктов сi по абсолютной величине и соотношени ю максимально приближались к соответствующим эталонным значениям bi. Для оптимизации С = ci с помощью управляющего вектора Х = xj разработан критери й качества (целевая функция), отражающий степень сбалансированности. Мас совая доля i-го показателя в j-м продукте, входящем в состав рациона, обозна чалась как аij. Эти числа сведены в матрицу А = (aij) размером p x n и по формуле: (1) получен вектор химичес кого состава оптимизируемого рациона. Исходя из физиологических норм питания, на управляющий в ектор Х возможно наложение ограничений: О <= xj <= kj, (2) где константы kj известн ы и задаются. Учитывая качественные различия готовых блюд и составляющих их ры ночных продуктов, целесообразно вектор Х считать относящимся к расчету готовых продуктов, а количества рыночных продуктов ye (1<=e<=m), cоставляющие век тор Y = ye , можно получить по формуле: (3) где: dej - массовые доли е-го рыночного продукта в i-м готовом продукте, составляющем матрицу d=(dej). С учетом квадрата модуля разности векторов химических соста вов оптимизируемого рациона С и эталона В: (4) предложен следующий показатель сбалансированности по х имическому составу: (5) Очевидно, что при полно м 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 с показателем сбалансированности по химическому составу рациона, который должен быть максимизирован, в питании спортсме нов определяющую роль играет энергетическая стоимость рациона - Q: (6) где: qj - калорийность еди ницы массы j-го продукта, используемого в рационе. Тогда целевой функцией в задаче (1) - (6) должна выступать функ ция, которая относится к классу выпуклого квадратичного программирова ния [12]: (7) где: К - показатель адекв атности рациона спортсменов. Аналогично при решении задачи (7) можно учесть необходимос ть минимизации стоимости рационов питания и другие факторы, имеющие зна чение для конкретного пользователя. Литература 1. Базара М. , Шетти К. Нел инейное программирование . Теория и а лгоритмы.- М.: Мир, 1982. 2. Викторов А.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. Компьютери зованная анкета для оценки фактического питания лиц работоспособного возраста при повышении двигательной активности /Тез. докл. Всесоюзн. научно-практ. конф. " Культура двигательной активности , питания и закаливания ".- М.: ВНИИФК, 1991, с . 43-44. 4. Коровников К.А. , Лешик Я.Д. Питание и спортивная работоспособность . "Теор. и практ. физ. культ.", 1989, № 11, c. 9-12. 5. Методические рекомен дации по организации обследования фактического питания отдельных груп п населения анкетно-опросным методом с применением электронно-вычисли тельной техники /В.И. Смоляр, В.Я. Береза , А.Г. Кондратенко и др. Киев, 1979. 6. Рогозкин В.А. , Пшендин А.И. , Шишина Н.Н. Питание спо ртсменов .- М.: ФиС, 1989. 7. Смоляр В.И. Рациональн ое питание .- Киев: Наукова думка, 1991. 8. Химический состав 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 optimal performance //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. Witschi J. , Komaloff H. , Bloom S. , Slack W. -J. The Amer. Diet., Associ at., 1981, v. 79, p. 609.