ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ГИПОКСИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКИ

Полезная модель относится к области спортивной медицины, физиологии и педагогики спорта и может быть использована для гипоксической и гиперкапнической тренировок при интенсивных тренировочных и соревновательных нагрузках.
На сегодняшний день большое внимание отводится новейшим методикам подготовки спортсменов, основанным на глубинных исследованиях организма человека. Одной из таких методик является гипоксическая или высотная тренировка - выполнение упражнений, проживание или сон в условиях пониженной концентрации кислорода в воздухе. Подобный вид тренировок оказывает стимулирующее и адаптивное воздействие на организм спортсмена, то есть повышает устойчивость организма ко многим неблагоприятным факторам, в частности к физической нагрузке (Головихин Е.В. и др. Способ гипоксической тренировки, RU 2396987). Помимо этого, установлен лечебный эффект от потребления воздуха с повышенным содержанием углекислого газа (Катаев Ю.В. Способ лечения воздействием гипоксически-гиперкапнической газовой смесью, RU 2387463; Антипов И.В. Влияние гипоксических и гипоксически-гиперкапнических газовых смесей на функциональные резервы организма человека. Диссертация на соискание степени канд. биол. наук по ВАК 03.00.13, Ульяновск: Ульяновский гос. ун-т, - 2006, 144 с.).
Известна тренировочная маска, моделирующая условия среднегорья и высокогорья (US 2012094806), устройство которой позволяет дискретно ограничивать количество вдыхаемого человеком воздуха. Маска представляет собой тренировочное устройство для дыхания и регулирования потока воздуха, поступающего в организм человека. Воздух проходит через многоступенчатую систему клапанов, которая создает дополнительное сопротивление потоку воздуха. В результате адаптация легочных мышц пользователя к таким нагрузкам приводит к повышению емкости легких и более эффективному поглощению кислорода воздуха, повышению физической выносливости человека. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности создания гипоксически-гиперкапнической дыхательной смеси, изменять концентрацию углекислого газа в ней, а значит невозможность использования в лечебных целях.
Известен респираторный стимулятор для получения смеси свежего воздуха и углекислого газа выдыхаемого воздуха (US 5647345). Респиратор содержит смесительную камеру с отверстием, соединенным трубкой с мундштуком для дыхания и, по меньшей мере, одним отверстием, через которое в камеру поступает свежий воздух. Свежий воздух тщательно смешивается с выдыхаемым воздухом в смесительной камере, образуя гипоксически-гиперкапническую смесь. После продолжительного дыхания из камеры, емкость легких увеличивается, также при продолжительном использовании данного стимулятора происходит нормализация артериального давления пользователя. Недостатком данного устройства являются конструктивные особенности, не позволяющие спортсмену использовать данный стимулятор во время тренировочного занятия (в частности, мундштук для дыхания, форма смесительной камеры), а также отсутствие конструктивной возможности изменять объем гипоксически-гиперкапнической смеси в зависимости от потребности конкретного пользователя с учетом антропометрических данных его организма и целеполагания использования устройства.
Известен дыхательный тренажер, содержащий последовательно соединенные полумаску, шланг и дыхательную емкость, отличающийся тем, что полумаска имеет мягкую эластичную линию уплотнения под любую форму лица, линия уплотнения имеет загибающиеся вовнутрь края, образующие воздушную подушечку по всей линии загиба, полумаска снабжена головными лямками с возможностью регулирования их натяжения, съемный гофрированный шланг имеет элементы крепления с двух сторон - со стороны полумаски и со стороны дыхательной емкости, которая выполнена из двух частей с возможностью регулирования объема, причем нижняя часть дыхательной емкости имеет одинаковый диаметр по всей длине, а верхняя часть выполнена с сужающимся диаметром в сторону крепления со шлангом, дыхательная емкость снабжена отверстиями под съемные заглушки со стороны крепления со шлангом и со стороны нижней части, кроме того, дыхательная емкость снабжена отверстием под съемную заглушку для поступления атмосферного воздуха и отбора из дыхательной емкости газовой смеси для проведения анализов (RU 2392010). Данное устройство используется при проведении интервальных гипоксических тренировок (ИПГ), имитирующих условия высокогорья, для вывода организма спортсмена на новый уровень адаптации к максимальным нагрузкам, а также может быть использовано для терапии больных гипертензией. Недостатком данного устройства является отсутствие точного регулирования концентрации углекислого газа в гипоксически-гиперкапнической смеси и объема дыхательной емкости в зависимости от антропометрических особенностей организма пользователя и целеполагания использования устройства.
Для устранения этих недостатков предлагается дыхательный тренажер, представляющий собой устройство, содержащее последовательно соединенные полумаску, шланг и смесительную камеру, отличающееся тем, что создание гипоксически-гиперкапнической смеси происходит в смесительной камере, которая снабжена дыхательным отверстием, соединенным со шлангом, и по крайней мере, одним отверстием с клапаном переменного сечения, регулирующим расход воздуха, через которое в камеру поступает свежий воздух; смесительная камера представляет собой полый цилиндр и конструктивно выполнена с возможностью изменения своего внутреннего объема, причем объем смесительной камеры изменяется в зависимости от антропометрических характеристик пользователя тренажером и целеполагания тренировки и рассчитывается по формуле:
,
зад
где K - заданное значение кислорода в объеме вдыхаемого воздуха, %;
легких
V - объем легких, л;
k - коэффициент снижения вдыхаемого объема воздуха при нагрузке.
На фиг. 1 показан дыхательный тренажер, где 1 - полумаска; 2 - элементы крепления полумаски на голове; 3 - дыхательный шланг, соединяющий полумаску и смесительную камеру; 4 и 5 - элементы крепления шланга к маске и смесительной камере соответственно, 6 - смесительная камера, 7 - клапан регулировки расхода воздуха, 8 - отверстие в смесительной камере, в котором помещен клапан регулировки расхода воздуха; 9 - дыхательное отверстие, 10 - элементы крепления смесительной камеры к телу пользователя; 11 - измерительная шкала для регулирования объема смесительной камеры, 12 - фиксатор.
Полумаска 1 выполнена из известного гигиенически безопасного материала Неопрен, исключающего раздражение кожи лица. Наличие элементов крепления 2 и 10 обеспечивает надежное закрепление дыхательного тренажера на пользователе и позволяет использовать предлагаемый дыхательный тренажер во время тренировки в любых видах спорта.
Дыхательный тренажер работает следующим образом.
Перед началом тренировочного занятия пользователь механически устанавливает объем смесительной камеры 6, исходя из своих антропометрических данных (объем легких) и целеполагания тренировки, по формуле:
,
зад
где K - заданное значение кислорода в объеме вдыхаемого воздуха, %;
легких
V - объем легких, л;
k - коэффициент снижения вдыхаемого объема воздуха при нагрузке.
Увеличение или уменьшение объема смесительной камеры 6 выполняется путем выдвижения из нижней части камеры 6 верхней части камеры 6, имеющей меньший диаметр, чем нижняя часть камеры 6, частично или до упора или опускания верхней части камеры 6 в нижнюю часть камеры 6 в соответствии с установленной на камере измерительной шкалой 11 и последующей фиксацией полученного объема камеры 6 фиксатором 12.
Вдох и выдох осуществляется через дыхательное отверстие 9 в смесительной камере 6, куда через отверстие 8 и клапан регулировки расхода воздуха 7 поступает атмосферный воздух и где смешивается с выдыхаемым воздухом, образуя гипоксически-гиперкапническую смесь, далее вдыхаемый воздух идет по дыхательному шлангу 3, попадая через лицевую полумаску 1 в дыхательные пути спортсмена. Дыхательный тренажер можно закрепить на голове и теле пользователя элементами крепления 2 и 11 соответственно, что позволяет дышать одновременно с выполнением тренировочных упражнений.
При выдохе газовая смесь из легких пользователя с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием углекислого газа перемещается по шлангу 3 в смесительную камеру 6. При вдохе за счет разряжения,. создаваемого легкими пользователя, газовая смесь из смесительной камеры 6 по шлангу 3 поступает под полумаску 1, при этом газовая смесь обогащается кислородом через отверстие 8 и клапан регулировки расхода воздуха 7 смесительной камеры для поступления атмосферного воздуха. Клапан 7 регулирует должную мощность вдоха-выдоха пользователя.
На базе Училища олимпийского резерва №1 (колледж), г. Екатеринбург, были проведены исследования, в которых принимали участие 10 квалифицированных спортсменов групп спортивного совершенствования и высшего спортивного мастерства.
Спортсменам был проведен курс гипоскитерапии в виде интервальной гипоксической тренировки (ИГТ) с использованием дополнительного «мертвого» пространства (ДМП), при котором применяли дыхательный тренажер с варьированием общего объема смесительной камеры от 1000 до 2000 мл. Ингаляцию проводили 6 дней в неделю, каждый сеанс включал 10-12 циклов 5-минутного дыхания через ДМП с последующим 5-минутным дыханием атмосферным воздухом.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что курс ИГТ способствовал повышению работоспособности и экономизации функции дыхания и улучшения кровообращения спортсменов. Анализ результатов позволяет сделать вывод, что курс нормобарической ИГТ при использовании предлагаемого дыхательного тренажера является эффективным методом улучшения функционального состояния организма, роста общей и специальной работоспособности спортсменов.
Дыхательный тренажер изготовлен, испытан с положительным результатом и рекомендован к внедрению.