Peculiarities of Simulation of Biomechanical and Biological Systems

А. О. Лопатьєв, А. П. Власов, А. П. Демічковський

Abstract


The objective is to combine the methods and principles of biomechanics and continuum mechanics in order to pose and solve problems that have practical application in extreme conditions.

Materials & methods: the movement of blood through large vessels was studied on the basis of the Euler and Navier-Stokes equations. Analysis of the cardiovascular system was used for the examination of the functional state of the athlete. The initial experimentally measured heart rate (HR) was determined by the Polar RC800 cardiac monitor. The resulting time series is analyzed using the software package Kubios HRV.

Results: the article proposes to consider a model describing human body as a discrete-continuous system. Using the Euler equation, a mathematical model of the movement of blood through large vessels is considered. A mathematical model of the process of pulse wave propagation in blood vessels is given. We found and interpreted  hidden periodicities relative to the numerical series occurring during analysis of biological and heart rhythms of athletes during training and competitive activities.

Conclusions: the use of methods and principles of continuum mechanics makes it possible to pose and solve the problems of mathematical physics for practical purposes. These include the movement of blood through large vessels, the issue of heat protection, and so on. The heart rate changes during the day and has a fluctuating character with certain periods. Periods of heart rate depend on the activity of a person and the time of day. Moreover, the heart rate tends to increase the amplitude and depend significantly on person’s workload.

 


Keywords


biological and biomechanical system; gravitational field; heart rate

References


Arkhypov, O.A. (2014). Biomekhanichnyi analiz: navich.posibnyk, 2-e vydannia. Kyiv: NPU im. M.P. Drahomanova, 241.

Blahitko, B.Ya., Zaiachuk, I.M., Trach, V.M. & Pyrohov, O.V. (2007). Matematychne modeliuvannia poshyrennia pulsovoi khvyli u velykykh krovonosnykh sudynakh u praktytsi sportu. Teoria ta metodika fizicnogo vihovanna, (8), 34 – 36.

Vynohradskyy, B.A. & Lopatiev, A.O. (2008). Perspektyvy rozvytku biomekhaniky sportu u svitli idey profesora Laputina A.M. Aktualni pytannya suchasnoyi biomekhaniky fizychnoho vykhovannya ta sportu. Seriya: Pedahohichni nauky, Fizychne vykhovannya ta sport. Chernihiv, (54), 29–33.

Vlasov, A., Demichkovskyi, A., Ivashchenko, O., Lopatiev, A., Pityn, M., Pianylo, Ya. & Khudolii, O. (2016). Systemnyi pidkhid i matematychne modeliuvannia biolohichnykh ta pryrodnykh obiektiv i protsesiv. Fizyko-matematychne modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii, (23), 17-28.

Kashuba, Vytalyi (2016). Ynnovatsyonnыe tekhnolohy v sovremennom sporte. Sportyvnyi visnyk Prydniprovia, (1), 46-57.

Laputin, A.N. (1999). Gravitatcionnaia trenirovka. K.: Znannia, 315.

Lopatiev, A.O., Dziubachyk, M.I. & Smilnianyn, S.M. (2009). Osoblyvosti modeliuvannia systemy «strilets – zbroia – mishen». Teoria ta metodika fizicnogo vihovanna, 0(5), 37-42. Retrieved from https://www.tmfv.com.ua/journal/article/view/533

Lopatiev, A. O., Vlasov, A. P. & Demichkovskyi, A.P. (2017). Funktsio­duvan­nia systemy «strilets – zbroia –mishen» z vrakhuvanniam enerhoinformatsiinoi ta hravitatsiinoi vzaiemodii. Teoria ta metodika fizicnogo vihovanna, 17(1), 48-52.

Pjanylo, Yaroslav, Lopatiev, Anatolii, Boretskyi, Yurii & Cherevatyi, Volodymyr (2017). Rukh ridyn v hnuchkykh trubkakh iz urakhuvannia yikh parametriv ta dzherel. Modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii u fizychnomu vykhovanni ta sporti. XIII Mizhnarodna naukova konferentsiia. Lviv, 53-62.

Pjanylo, Yaroslav, Lopatiev, Anatolii, Pjanylo, Halyna & Vlasov, Andrii (2017). Pidkhody do analizu chyslovykh riadiv. Modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii u fizychnomu vykhovanni ta sporti. XIII Mizhnarodna naukova konferentsiia. Lviv, 47-52.

Khudolii, O.M., Ivashchenko, O.V., Iermakov, S.S. & Rumba, O.G. (2016). Computer simulation of junior gymnasts’ training process. Science of Gymnastics Journal, 8 (3), 215-228.

Lopatiev, A., Ivashchenko, O., Khudolii, O., Pjanylo, Y., Chernenko, S. & Yermakova, T. (2017). Systemic approach and mathematical modeling in physical education and sports. Journal of Physical Education and Sport (JPES), 17 (1), 146–155.


References (Original Language)


Архипов, О.А. (2014). Біомеханічний аналіз: навіч.посібник, 2-е видання. Київ: НПУ ім. М.П. Драгоманова, 241.

Благітко, Б.Я., Заячук, І.М., Трач, В.М., & Пирогов, О.В. (2007). Математичне моделювання поширення пульсової хвилі у великих кровоносних судинах у практиці спорту. Теорія та методика фізичного виховання, (8), 34 – 36.

Виноградський, Б.А. & Лопатьєв, А.О. (2008). Перспективи розвитку біомеханіки спорту у світлі ідей професора Лапутіна А.М. Актуальні питання сучасної біомеханіки фізичного виховання та спорту. Серія: Педагогічні науки, Фізичне виховання та спорт. Чернігів, (54), 29–33.

Власов, А., Демічковський, А., Іващенко, О., Лопатьєв, А., Пітин, М., П’янило, Я. & Худолій, О. (2016). Системний підхід і математичне моделювання біологічних та природних об’єктів і процесів. Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології, (23), 17-28.

Кашуба, Виталий (2016). Инновационные технологи в современном спорте. Спортивний вісник Придніпров’я, (1), 46-57.

Лапутин, А.Н. (1999). Гравитационная тренировка. К.: Знання, 315.

Лопатьєв, А.О., Дзюбачик, М.І. & Смільнянин, С.М. (2009). Особливості моделювання системи «стрілець – зброя – мішень». Teoria ta metodika fizicnogo vihovanna, 0(5), 37-42. Retrieved from https://www.tmfv.com.ua/journal/article/view/533

Лопатьєв, А. О., Власов, А. П. & Демічковський, А.П. (2017). Функціо­дуван­ня системи «стрілець – зброя –мішень» з врахуванням енергоінформаційної та гравітаційної взаємодії. Теорія та методика фізичного виховання, 17(1), 48-52.

П’янило, Ярослав, Лопатьєв, Анатолій, Борецький, Юрій & Череватий, Володимир (2017). Рух рідин в гнучких трубках із урахування їх параметрів та джерел. Моделювання та інформаційні технології у фізичному вихованні та спорті. XІІI Міжнародна наукова конференція. Львів, 53-62.

П’янило, Ярослав, Лопатьєв, Анатолій, П’янило, Галина & Власов, Андрій (2017). Підходи до аналізу числових рядів. Моделювання та інформаційні технології у фізичному вихованні та спорті. XІІI Міжнародна наукова конференція. Львів, 47-52.

Khudolii, O.M., Ivashchenko, O.V., Iermakov, S.S. & Rumba O.G. (2016). Computer simulation of junior gymnasts’ training process. Science of Gymnastics Journal, 8 (3), 215-228.

Lopatiev, A., Ivashchenko, O., Khudolii, O., Pjanylo, Y., Chernenko, S. & Yermakova, T. (2017). Systemic approach and mathematical modeling in physical education and sports. Journal of Physical Education and Sport (JPES), 17 (1), 146–155.




DOI: https://dx.doi.org/10.17309/tmfv.2017.2.1192

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Creative Commons LicenseThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.