(57)【要約】【課題】浸漬部位の冷却と血流促進を両立できるアスリート用アイシングシステムを提供する。【解決手段】本発明に係るアスリート用アイシングシステムは、人体の少なくとも一部を浸漬可能な水槽２と、水槽２内に設置され、炭酸ガスのマイクロバブルMBを生成するバブル生成ノズル３と、カートリッジ５２に充填された炭酸ガスを、配管を通してバブル生成ノズル３に供給するレギュレータ５と、水槽２に貯留された水を所定の温度に保持する恒温装置６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の少なくとも一部を浸漬可能な水槽と、
前記水槽内に設置され、炭酸ガスのマイクロバブルを生成するバブル生成ノズルと、
カートリッジに充填された炭酸ガスを、配管を通して前記バブル生成ノズルに供給するレギュレータと、
前記水槽に貯留された水を所定の温度に保持する恒温装置と、を備えたことを特徴とするアスリート用アイシングシステム。
【請求項２】
前記水槽に貯留された水を吸込み、前記バブル生成ノズルに供給するポンプを備えた、請求項１に記載のアスリート用アイシングシステム。
【請求項３】
前記恒温装置は、前記水槽内の水を、１５℃を超え、かつ２０℃以下の所定の温度に保持する、請求項１または２に記載のアスリート用アイシングシステム。
【請求項４】
前記バブル生成ノズルは、内部に形成された槽に水を導入しながら、槽内部に水による旋回流を発生させると共に、当該旋回流によって旋回の中心部に負圧空洞部を発生させ、
当該負圧空洞部による圧力差によって、前記槽内に前記レギュレータから供給された炭酸ガスを導入し、旋回流によるせん断力によって炭酸ガスを微細気泡に分断してマイクロバブルを生成する、請求項１乃至３のいずれかに記載のアスリート用アイシングシステム。
【請求項５】
前記レギュレータは、前記カートリッジに充填された炭酸ガスを、所定の流量を保持しながら前記バブル生成ノズルに供給する、請求項１乃至４のいずれかに記載のアスリート用アイシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アスリートの疲労回復や熱中症の現場対策のためのアイシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アイシングとは、氷や水等を用いて身体を局所的に冷却することを指す。アイシングは、主としてスポーツにおいて、負傷に対する応急処置以外に、運動後の疲労回復や筋肉痛を軽減させ、二次的低酸素障害（損傷が周囲に拡大すること）を防止する目的で行われる。またアイシングは、熱中症に対する身体の冷却にも効果を発揮する。
【０００３】
アイシングは、冷却した部位の細胞の代謝を低下させる。筋肉の過高温そのものは筋力を低下させる可能性があり、アスリート（スポーツ選手）のパフォーマンスを低下させる。従って、アイシングを行うことで、エネルギー代謝を抑えて、筋損傷と炎症の抑制を図ることができる。
【０００４】
アスリートにとってフィジカルトレーニングや競技の後のアイシングは、一般的なコンディショニングやケアの方法となっている。またアスリートは身体に慢性的な痛みや故障を抱えていることが多い。アイシングは組織代謝を低下させて、過度の炎症が惹起されることを防ぎ、痛みの緩和や障害の慢性化・悪化を防止するためにも行われる。慢性期では、痛みの閾値が上がることから、痛みが軽減する。
【０００５】
一方、早期に疲労を回復するためには、血流を促進することが重要である。しかし、アイシングにより疲労部位・傷害部位が冷却されると血管が収縮することで血流が停滞し、炎症や疼痛を惹起させる物質が滞留するために、回復に必要な酸素や栄養素が疲労部位・傷害部位に届きにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2008-178547号公報
【特許文献２】特許第4652478号公報
【特許文献３】特開2016-205742号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来より、血流促進による疲労回復や疼痛の緩和等に有効であるとして、浴用の炭酸泉生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１に記載の装置では、炭酸ガス（二酸化炭素）のマイクロバブルが温水に長時間浮遊し、マイクロバブルの一部が溶解することによって炭酸ガスの濃度を補う。その結果、炭酸泉における溶存炭酸ガス濃度が長時間に亘ってほぼ一定になり、血流促進効果が保持される。
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の装置は４０℃程度の温水で用いることを前提としているため、アイシングに適用することは難しい。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、マイクロバブルによる血流促進効果をアイシングにも適用できるようにしたアイシングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明に係るアスリート用アイシングシステムは、
人体の少なくとも一部を浸漬可能な水槽と、
前記水槽内に設置され、炭酸ガスのマイクロバブルを生成するバブル生成ノズルと、
カートリッジに充填された炭酸ガスを、配管を通して前記バブル生成ノズルに供給するレギュレータと、
前記水槽に貯留された水を所定の温度に保持する恒温装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るアスリート用アイシングシステムは、前記水槽に貯留された水を吸込み、前記バブル生成ノズルに供給するポンプを備えていることが好ましい。
【００１３】
また、前記恒温装置は、前記水槽内の水を、１５℃を超え、かつ２０℃以下の所定の温度に保持するものであることが好ましい。
【００１４】
また前記バブル生成ノズルは、内部に形成された槽に、前記ポンプによって供給された水を導入しながら、槽内部に水による旋回流を発生させると共に、当該旋回流によって旋回の中心部に負圧空洞部を発生させ、当該負圧空洞部による圧力差によって、前記槽内に前記レギュレータから供給された炭酸ガスを導入し、旋回流によるせん断力によって炭酸ガスを微細気泡に分断してマイクロバブルを生成するものであることが好ましい。
【００１５】
また前記レギュレータは、前記カートリッジに充填された炭酸ガスを、所定の流量を保持しながら前記バブル生成ノズルに供給するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るアイシングシステムを用いれば、浸漬部位の冷却によるアスリートの筋損傷と炎症の修復と、血管拡張による血流促進を同時に行うことができるために、アスリートの疲労を早期に回復し、また疼痛の緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るアスリート用アイシングシステムの概略構成を示す図である。
【図２】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その１）である。
【図３】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その２）である。
【図４】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その３）である。
【図５】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その４）である。
【図６】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その５）である。
【図７】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その６）である。
【図８】同実施の形態における実験結果を示すグラフ（その７）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係るアスリート用アイシングシステムについて、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜アイシングシステムの機能＞
本実施の形態に係るアスリート用アイシングシステム（以降、単に「アイシングシステム」という）の構成について説明する前に、本発明に係るアイシングシステムの機能について説明する。
【００２０】
前述したように、炭酸ガスのマイクロバブルを含む温水が、血流促進による疲労回復や疼痛の緩和等に有効であることが知られている。そこで発明者等は、濃度が１０００ｐｐｍを超える炭酸ガスのマイクロバブルによる血管拡張と、それに伴う血流促進が、２０℃の水温においても発揮されるか否かを検証した。
【００２１】
その結果、２０℃の水温においては、低温による交感神経機能の亢進から起こる、皮膚を含む表在血管や末梢血管の収縮効果よりも、炭酸ガスによる血管拡張効果のほうが優位に働くことを見出した。そのために、通常水に浸漬するよりも熱放散が促進され、結果として、皮膚温を低下させる効果があることがわかった。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【００２２】
その一方で、上述の効果を得るためには、マイクロバブルを含む炭酸水にトレーニング後の疲労部位を浸漬する必要がある。その際、２０℃を超える水温では、クーリング効果が減弱する。逆に、水温が低すぎると、炭酸ガスによる血管拡張効果よりも交感神経による血管収縮効果のほうが優位になり、血管拡張効果が得られなくなる。そのため本発明では、恒温装置を用いて水槽内の水温が所定の温度範囲から外れないようにしている。
【００２３】
＜アイシングシステムの構成と動作＞
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るアイシングシステムの構成と動作を説明する。図１に、本実施の形態に係るアイシングシステムの概略構成を示す。
【００２４】
本実施の形態に係るアイシングシステム１は、水槽２、バブル生成ノズル３、ポンプ４、炭酸ガス供給用レギュレータ５および恒温装置６で構成されている。
【００２５】
水槽２には水道水Ｗが満たされ、四肢、下半身等の人体の少なくとも一部を浸漬することができる。水槽２内には、水道水Ｗに炭酸ガスのマイクロバブルＭＢを放出するバブル生成ノズル３が設置されている。
【００２６】
バブル生成ノズル３、水道水Ｗを循環させるポンプ４および炭酸ガスを供給するレギュレータ５は、マイクロバブル発生装置を構成しており、それぞれ配管４１、４２および５１を介して接続されている。
【００２７】
本実施の形態では、大巧技研有限会社製のマイクロバブル発生装置を使用しており、マイクロバブル発生の原理および装置構成については、特許文献２に詳述されている。
【００２８】
マイクロバブル発生の原理を簡単に説明する。バブル生成ノズル３は、内部に形成された槽（図示せず）に、ポンプ４によって供給された水を導入しながら、槽内部に水による旋回流を発生させると共に、旋回流によって旋回の中心部に負圧空洞部を発生させている。そして負圧空洞部による圧力差によって槽内にレギュレータ５からの炭酸ガスを導入し、旋回流によるせん断力によって炭酸ガスを微細気泡に分断してマイクロバブルを生成している。
【００２９】
図示しないが、ポンプ４にはモータが内蔵されており、外部から電力を供給することによってポンプ４を駆動する。水槽２内の水道水Ｗはポンプ４で吸引され、配管４１および４２を通ってノズル３に供給され、上述した旋回流を発生させる。
【００３０】
レギュレータ５は、カートリッジ５２に充填された炭酸ガスを、所定の流量を保持しながら放出し、配管５１を通してバブル生成ノズル３に供給する。
【００３１】
バブル生成ノズル３から放出される炭酸ガスのバブルには、直径１０〜２０μｍのマイクロバブルおよび直径数百ｎｍ〜１０μｍのマイクロナノバブルが含まれているが、以後の説明では、総称して「マイクロバブルＭＢ」という。
【００３２】
マイクロバブルＭＢは体積が小さいために浮力が小さく、長時間にわたって水中に滞留し、また水に溶存しやすいため、高濃度の炭酸水が得られる。炭酸ガス濃度計を用いて炭酸水中の遊離炭酸濃度を測定したところ、１１５０ｐｐｍであった。
【００３３】
水槽２内の炭酸水は、恒温装置６によって１５℃を超え、かつ２０℃以下の所定の温度に保持される。後に、図５を参照して説明するように、炭酸水の温度が１５℃以下では、炭酸ガスによる血管拡張効果よりも交感神経による血管収縮効果のほうが優位になり、血管拡張の効果が得られなくなる。一方、炭酸水の温度が２０℃を超えると、クーリング効果が低下する。
【００３４】
このため、本実施の形態では、恒温装置６によって水槽２内の水道水Wの温度を調節し、アイシングに最適な２０℃に保持している。例えば特許文献３に記載されたように、恒温装置６はインバータ式冷凍機を備えており、水道水Wの温度が２０℃を超える場合、配管６１を通して流入した水道水Ｗを２０℃まで冷却した後、配管６２を通して水槽２内に送り出す。
【００３５】
一方、恒温装置６には、ヒータ等の加熱部材が内蔵されており、水道水Wの温度が２０℃を下回る場合には、加熱部材によって水道水Ｗを２０℃まで加熱した後、水槽２内に送り出す。
【００３６】
なお、本実施の形態では、バブル生成ノズルとして、旋回流によりマイクロバブルを生成するタイプを用いたが、それに限定されず、炭酸ガスのマイクロバブルを発生させるものであれば、特許文献１に記載されたような、異なるタイプのノズルを用いてもよい。
【００３７】
また図１に示すアイシングシステムでは、水槽２に貯留された水道水Wをポンプ４で循環させると共に、その水道水Wをバブル生成ノズル３に供給しているが、それ以外の形態として、水道の蛇口からバブル生成ノズル３に直接、水道水を供給したり、タンクに貯留された水をポンプで加圧してバブル生成ノズル３に供給するようにしてもよい。
【００３８】
この場合、水槽２に炭酸水を貯留した後にアイシングを開始することになるが、上述したように、炭酸ガスのマイクロバブルは水中に長時間滞留するため、炭酸水による効果は維持される。
【００３９】
また図１のアイシングシステムでは、インバータ式冷却機を用いて、水道水Wを一定の温度まで冷却したが、インバータ式冷却機の代わりに、氷を入れた第２の水槽を用意し、そこで冷却された水道水Wを、水槽２との間で循環させることによって水槽２内の水温を所定の温度に保持してもよい。このような構成を採用した場合、恒温装置６を安価に実現できる。
【００４０】
＜アイシングによる効果＞
次に、図２〜図８のグラフを参照して、図１のアイシングシステム１を用いてアイシングを行った際の効果について、それぞれの実験結果を説明する。
【００４１】
図２は、図１の水槽２にアスリートの一方の脚を１５分間、膝下まで浸漬したときの、左右の脚の皮膚温の経過を測定したグラフである。図２（ａ）に水槽に浸漬した脚の皮膚温、図２（ｂ）に浸漬していない脚の皮膚温を示す。
【００４２】
図において、横軸は脚を水槽に浸漬してからの経過時間を示し、縦軸はそのときの皮膚温を示す。図２の各データは、健常な若年男子１５名で行った実験の平均値であり、各測定値の上下に示した細線は、測定値の標準誤差における分散の値を表している。以後のグラフにおいても同様とする。
【００４３】
図中、太線のグラフは、炭酸ガスのマイクロバブルが充満した（遊離炭酸濃度１１５０ｐｐｍ）水温２０℃の水道水（以降、「炭酸水」という）に脚を浸漬したときの皮膚温を示し、細線のグラフは、比較のため、マイクロバブルを含まない水温２０℃の水道水に脚を浸漬したときの皮膚温を示す。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、炭酸水に浸漬した場合、単に水道水に浸漬した場合と比較して、水槽から脚を取り出した後の回復期において皮膚温がより低くなっている。これは、炭酸水に浸漬することによって、回復期での熱放散が促進され、浸漬終了後もそれが継続していることを示している。
【００４５】
更に、図２（ｂ）に示すように、水槽に浸漬していない脚についても、皮膚温の低下が明確に現れている。これらの結果より、疲労部位・傷害部位を炭酸水に浸漬した場合、単なる水道水に浸漬する場合と比較して、炭酸ガスによって熱放散が促進されることがわかった。
【００４６】
図３は、図２と同様に、図１の水槽２にアスリートの一方の脚を１５分間浸漬したときの、下腿の前脛骨筋と腓腹筋の総ヘモグロビン・ミオグロビンの値（安静時を基準にした変化量）を、近赤外分光法を用いて測定した結果のグラフである。図３（ａ）は、前脛骨筋の深い層の測定値（変化量）、図３（ｂ）は、腓腹筋の深い層の測定値（変化量）である。
【００４７】
図の横軸は、水槽に脚を浸漬してからの経過時間を示し、縦軸は、酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの測定値と脱酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの測定値を加えた総ヘモグロビン・ミオグロビンの値を示している。
【００４８】
図３のグラフから分かるように、炭酸水では、脚を水槽に浸漬してから総ヘモグロビン・ミオグロビンの値が漸増しているが、水道水ではその傾向はない。脚を水槽から取り出した後の回復では、炭酸水に浸漬した場合と水道水に浸漬した場合とで、総ヘモグロビン・ミオグロビンの値に明確な差が現れている。このことは、疲労部位・傷害部位を炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合に比較し、血流が増加することを示している。
【００４９】
図４は、図３と同様に、図１の水槽２にアスリートの一方の脚を１５分間浸漬したときの、前脛骨筋と腓腹筋の組織酸素飽和度（安静時を基準にした変化量）を、近赤外分光法を用いて測定した結果のグラフである。組織酸素飽和度は筋組織内の酸素濃度に対応している。図４（ａ）は、前脛骨筋の深い層の組織酸素飽和度の測定値（変化量）、図４（ｂ）は、腓腹筋の深い層の組織酸素飽和度の測定値（変化量）である。
【００５０】
図３と同様に、横軸は水槽に脚を浸漬してからの経過時間、縦軸は組織酸素飽和度の測定値（変化量）を示している。
【００５１】
図４のグラフから分かるように、下腿の前脛骨筋および腓腹筋とも、炭酸水に脚を浸漬した場合、水道水に浸漬した場合と比較して、浸漬中および浸漬後の回復期のいずれにおいても、組織酸素飽和度が高い値を示している。このことから、アイシング部位を炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合と比較して、筋組織内は高い酸素化状態にあることがわかる。
【００５２】
図２〜図４のグラフから明らかなように、本実施の形態に係るアイシングシステムでは、冷水の炭酸水を用いて疲労部位・傷害部位を冷却することができると共に、筋血流の促進を図ることができる。その結果、従来のアイシングの問題点であった、疲労回復に必要な酸素や栄養素が疲労部位・傷害部位に届き難い点を改善して、疲労の早期回復を図ることができる。更に、炭酸ガスは血管拡張作用が強く働くので、熱放散機序が促進し、深部体温の低下が期待できる。
【００５３】
参考として、図５に、腓腹筋の深い層の組織内の脱酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの測定値（変化量）を示す。図では、炭酸水の温度を１０℃、１５℃および２０℃に保持した水槽にアスリートの一方の脚を浸漬したときの脱酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの値を、それぞれ示している。
【００５４】
２０℃の炭酸水では、浸漬後、脱酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの値がプラスで増加傾向であり、代謝が抑制されていないことを示している。一方、１５℃および１０℃の炭酸水では、安静時に比べて、脱酸素化ヘモグロビン・ミオグロビンの値がマイナスとなる。このことは、１５℃以下になると、冷却によって代謝が抑制されることを示している。
【００５５】
上述の結果より、トレーニング後の疲労物質の除去と組織冷却の両方の効果を目的としたアイシングにおいては、１５℃を超え、かつ２０℃以下の炭酸水を用いることが適切である。
【００５６】
次に、図６、図７および図８を参照して、本発明に係るアイシングシステムの更なる効果を説明する。
【００５７】
図６および図７は、有酸素パワー運動や無酸素パワー運動を行った後、アスリートが図１の水槽に半身を浸漬したときの、血中乳酸濃度と心拍数の変化を示したグラフである。
【００５８】
ここで、有酸素パワー運動は、好気的代謝によって長時間継続可能な軽度または中程度の負荷の運動をいう。一方、無酸素パワー運動は、嫌気的代謝によって酸素の供給が逼迫した状態でも一時的にエネルギーを得る高負荷の運動をいう。本実施の形態では、いずれの運動もエアロバイク（登録商標）を用いて行った。
【００５９】
図６は、横軸に示すように、安静の状態から無酸素パワー運動を３０秒間行い、その後、アスリートの下半身を水槽に浸漬したときの血中の乳酸濃度を測定したグラフである。図中、太線は下半身を炭酸水に浸漬したときの値、細線は水道水に浸漬したときの値、破線は水槽に入らずに安静状態を保ったときの値である。本実験では、浸漬後、再度、無酸素パワー運動を行った。
【００６０】
図から分かるように、運動後、炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合およびいずれにも浸漬しなかった場合と比較して乳酸の除去が大きく、炭酸水で疲労が解消されることを示している。
【００６１】
次に、図７は、横軸に示すように、安静の状態から有酸素パワー運動および無酸素パワー運動をそれぞれ３０秒間行った後、下半身を２０分間水槽に浸漬したときの心拍数を測定したグラフである。図中、太線は下半身を炭酸水に浸漬したときの値、細線は水道水に浸漬したときの値、破線は水槽に入らずに安静を保ったときの値である。本実験では、浸漬後、再度、有酸素パワー運動と無酸素パワー運動を行った。
【００６２】
図から分かるように、運動後、炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合およびいずれにも浸漬しなかった場合に比較して心拍数の低下が大きい、すなわち徐脈が促進されたことを示している。
【００６３】
次に、図８は、有酸素パワー運動および無酸素パワー運動を２０分間行って疲労困憊した後の、乳酸値と機械的作業効率の低下との相関関係を示したグラフである。ここで、機械的作業効率は、有酸素パワー運動の仕事量に対する人のエネルギー消費量の比である。
【００６４】
図中、左側のデータは下半身を炭酸水に浸漬したときの値、中央のデータは、水道水に浸漬したときの値、右側のデータは、水槽に入らずに安静を保ったときの値である。なお、プロットされた値から垂直方向および水平方向に伸びた細線は、標準誤差における分散の値を示している。
【００６５】
図から明らかなように、炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合およびいずれにも浸漬しなかった場合に比較し、乳酸値が低下するとともに、有酸素パワー運動を繰り返したときの機械的作業効率の低下が抑えられている。
【００６６】
なお、図では示さないが、無酸素パワー運動を行った後、下半身を炭酸水・水道水に２０分間浸漬し、その後、再度無酸素パワー運動を行ったときのパワー（３０秒間で発揮できた仕事量）を測定した。結果は、炭酸水に浸漬した場合、水道水に浸漬した場合およびいずれにも浸漬しなかった場合に比較し、無酸素パワー運動のパワー低下が大きかった。このことから、炭酸水への浸漬は、無酸素パワー運動には適さないことがわかった。
【００６７】
上述したように、本実施の形態に係るアイシングシステムを用いれば、浸漬部位の冷却と血流促進を両立でき、更には、乳酸の除去や脈拍の低下が促進され、機械的作業効率の低下をも抑えることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、アイシングシステムをアスリートの疲労回復に用いる場合について説明したが、それ以外に、熱中症対策として患者の身体を冷却する際にも活用できる。その場合、通常であれば、太い血管が走行する首や腋窩、鼠径を冷却するが、冷炭酸水による水浴であれば、どの部位であっても熱を効率よく奪うことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  アイシングシステム
２  水槽
３  バブル生成ノズル
４  ポンプ
５  レギュレータ
６  恒温装置
４１、４２、５１、６１、６２  配管
５２  カートリッジ
Ｗ  水道水
ＭＢ  マイクロバブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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