Устройство для тренировки дыхания

Полезная модель относится к средствам для тренировки дыхания путем создания дополнительного сопротивления потоку выдыхаемого воздуха и направлена на повышение эффективности тренировочного процесса.
Из уровня техники известно устройство для тренировки дыхания, в устройстве для тренировки дыхания, содержащем корпус низкочастотного механического генератора воздушных колебаний с перепускной камерой, к которой присоединена дыхательная трубка с загубником и патрубок вдоха, снабженный клапаном вдоха, при этом низкочастотный механический генератор воздушных колебаний включает вибрационную камеру с входным каналом, соединенным с дыхательной трубкой, который выполнен в виде расширяющегося кверху конусообразного седла, в котором помещено сферическое тело - шарик, и выходным каналом, сообщенным с окружающей средой, в котором установлен клапан выдоха (RU 2306161 С1, А63В 23/18, 2007; RU 86883 U1, А63В 23/18, 2009). Основным недостатком данного устройства является сложность точного регулирования расхода выдыхаемого воздуха для установлении режима резонанса, когда частота низкочастотных колебаний шарика в низкочастотном механическом генераторе воздушных колебаний приближается к частоте собственных колебаний стенок трахеи пользователя в процесса тренировки дыхания, что снижает эффективность воздействия заявленного устройства на процесс срочной адаптации на физическую нагрузку и, соответственно, эффективность тренировочного процесса.
Технический результат, на получение которого направлена полезная модель, заключается в повышении эффекта тренировки дыхательных мышц за счет выбора оптимального соотношения массы и диаметра шарика, и, соответственно, в повышении эффективности тренировочного процесса.
Кроме того, полезная модель направлена на повышение эффективности использования устройства для тренировки дыхания за счет обеспечения возможности точной индивидуальной настройки низкочастотного механического генератора воздушных колебаний в режим резонанса путем регулирования расхода выдыхаемого воздуха.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для тренировки дыхания, содержащем корпус низкочастотного механического генератора воздушных колебаний с перепускной камерой, к которой присоединена дыхательная трубка с загубником и патрубок вдоха, снабженный клапаном вдоха, при этом низкочастотный механический генератор воздушных колебаний включает вибрационную камеру с входным каналом, соединенным с дыхательной трубкой, который выполнен в виде расширяющегося кверху конусообразного седла, в котором помещено сферическое тело - шарик, и выходным каналом, сообщенным с окружающей средой, в котором установлен клапан выдоха, согласно полезной модели, сферическое тело - шарик выполнен из пищевой нержавеющей стали марка 12Х18Н10Т, при этом его масса равна 8,6÷8,8 г, а диаметр составляет 11,9.0÷12,1 мм.
Кроме того, выходной канал снабжен торцевой регулирующей втулкой с изменяемым диаметром - проходным сечением осевого отверстия.
Предпочтительно, осевое отверстие торцевой регулирующей втулки выполнено в виде ирисовой диафрагмы, содержащей систему лепестков, каждый из которых закреплен на подвижном кольцевом элементе, который установлен в неподвижной цилиндрической оправе.
Кроме того, клапан выдоха может быть снабжен регулятором усилия прижатия клапана, который включает пружину и средство изменения степени сжатия - длины пружины в виде упорного кольца, прикрепленного к торцевой регулирующей втулке, которая установлена на корпусе выходного канала с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения.
Заявленное соотношение массы (8.7±0.1 г) и диаметра (12.0±0.1 мм) шарика, выполненного из пищевой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, обеспечивают создание положительного осцилляторного давления при выдохе с определенными нагрузкой на дыхательные мышцы и частотой колебания выдыхаемого воздуха, что повышают эффект тренировки дыхательных мышц и, соответственно, тренировки дыхания.
Наличие в выходном канале вибрационной камеры заявленного устройства торцевой регулирующей втулки с изменяемым диаметром -проходным сечением осевого отверстия, которое, предпочтительно, выполнено в виде ирисовой диафрагмы, содержащей систему лепестков, каждый из которых закреплен на подвижном кольцевом элементе, который установлен в неподвижной цилиндрической оправе, обеспечивает точное регулирования расхода выдыхаемого воздуха и, соответственно, точную индивидуальную настройку низкочастотного механического генератора воздушных колебаний в режим резонанса, что также повышает эффективность тренировочного процесса. Кроме того, наличие регулятора усилия прижатия клапана выдоха, размещенного в выходном канале вибрационной камеры, который позволяет дополнительно регулировать сопротивление потоку выдыхаемого воздуха и, соответственно, также повышает эффективность тренировочного процесса.
На Фиг. 1 представлен общий вид устройства для тренировки дыхания; на Фиг. 2 - разрез А-А на Фиг. 1.
Устройство для тренировки дыхания содержит корпус 1 низкочастотного механического генератора воздушных колебаний с перепускной камерой 2, к которой присоединена дыхательная трубка 3 с загубником 4 и патрубок вдоха 5, снабженный клапаном 6 вдоха. Низкочастотный механический генератор воздушных колебаний включает вибрационную камеру 7 с входным каналом 8, соединенным с дыхательной трубкой 3, который выполнен в виде расширяющегося кверху конусообразного седла, в котором помещено сферическое тело - шарик 9, и выходным каналом 10, сообщенным с окружающей средой, снабжен клапаном 11 выдоха и торцевой регулирующей втулкой 12 с изменяемым диаметром - проходным сечением осевого отверстия. При этом сферическое тело - шарик 9 выполнен из пищевой нержавеющей стали марка 12Х18Н10Т, при этом его масса равна 8,7±0,1 г, а диаметр составляет 12,0±0,1 мм.
Предпочтительно, осевое отверстие торцевой регулирующей втулки 12 выполнено в виде ирисовой диафрагмы, содержащей систему лепестков 13, каждый из которых закреплен на подвижном кольцевом элементе 14, который установлен в неподвижной цилиндрической оправе 15.
Кроме того, клапан 11 выдоха может быть снабжен регулятором усилия прижатия клапана, который включает пружину 16 и средство изменения степени сжатия - длины пружины в виде упорного кольца 17, прикрепленного к торцевой регулирующей втулке 12, которая установлена на корпусе 18 выходного канала с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения.
Патрубок вдоха 5 может быть снабжен трубчатой насадкой 19. Для удобства использования устройство для тренировки дыхания снабжено средством 20 крепления на голове пользователя.
Устройство для тренировки дыхания функционирует следующим образом.
В процессе тренировки дыхания пользователь берет загубник 4 дыхательной трубки 3 в рот. При выполнении вдоха за счет разряжения открывается клапан 6 вдоха и воздух из трубчатой насадки 19 через патрубок вдоха 5 проходит в перепускную камеру 2 корпуса 1 и по дыхательной трубке 3 поступает в ротовую полость. При этом клапан 11 выдоха закрыт, а шарик 9 под действием силы тяжести перекрывает конусообразное седло входного канала 8 вибрационной камеры 7 низкочастотного механического генератора воздушных колебаний. При выполнении выдоха под напором выдыхаемого воздуха клапан 6 вдоха закрывается, перекрывая патрубок вдоха 5, и воздушный поток из перепускной камеры 2 корпуса 1, приподнимая шарик 9, поступает через конусообразное седло входного канала 8 в вибрационную камеру 7 низкочастотного механического генератора воздушных колебаний и, открывая клапан 11 выдоха, проходит выходной канал 10 и через осевое отверстие ирисовой диафрагмы торцевой регулирующей втулки 12 выходит в окружающую среду, преодолевая в процессе движения сопротивление вибрационной камеры 7 и клапана 11 выдоха.
Шарик 9 в результате взаимодействия с воздушным потоком в расширяющемся кверху конусообразном седле входного канала 8 вибрационной камеры 7 начинает совершать низкочастотные вынужденные колебания, и, как механический вибратор, модулирует колебания выдыхаемого воздуха и, соответственно, стенок дыхательных путей, в частности трахеи. При этом положение шарика 9 (высота подъема) в момент выдоха определяется мгновенным значением положительного давления (напора) выдыхаемого воздуха и контролируется выдохом пользователя.
Оптимальная эффективность воздействия заявленного устройства для тренировки дыхания достигается при установлении явления (режима) резонанса, определяемого по максимальной амплитуде колебаний (высоте подъема) шарика 9, когда частота низкочастотных колебаний шарика 9, которая зависит от его массы и формы - диаметра, приближается к частоте собственных колебаний стенок трахеи. При этом происходит резкое возрастание амплитуды модулированных (вынужденных) колебаний выдыхаемого воздуха и стенок дыхательных путей - трахеи, что стимулирует работу гладкой мускулатуры легких и приводит за счет проявления бронхорасширяющего эффекта к срочной адаптации на физическую нагрузку при выполнении циклических упражнений за более короткое время. Оптимальная эффективность воздействия заявленного устройства для тренировки дыхания достигается при установлении явления (режима) резонанса, определяемого по максимальной амплитуде колебаний (высоте подъема) шарика 9, когда частота низкочастотных колебаний шарика 9, которая зависит от его массы и формы - диаметра, приближается к частоте собственных колебаний стенок трахеи.
Путем вращения за поводок 20 подвижного кольцевого элемента 14 можно, изменяя проходное сечение осевого отверстия ирисовой диафрагмы торцевой регулирующей втулки 12, регулировать расход выдыхаемого воздуха и положение сферического шарика 9 в расширяющемся кверху конусообразном седле входного канала 8 вибрационной камеры 7, обеспечивая точную индивидуальную настройку низкочастотного механического генератора воздушных колебаний в режим резонанса, оптимальный для эффективности тренировки дыхания.
Кроме того, путем вращения торцевой регулирующей втулки 12 можно изменять степень сжатия - длину пружины 16 и усилие прижатия клапана 11 выдоха и дополнительно регулировать величину сопротивления потоку выдыхаемого воздуха, расширяя диапазон точной настройки устройства для тренировки дыхания в режим резонанса, что также повышает эффективность тренировочного процесса.
Пример.
Для оценки влияния веса и габаритов шарика 9, помещенного в входной канал 8 вибрационной камеры 7 низкочастотного механического генератора воздушных колебаний, выполненный в виде расширяющегося кверху конусообразного седла, был проведен эксперимент.
В эксперименте приняли участие 7 спортсменов (кмс, мс), которые выполняли нагрузки на механическом велоэргометре «Монарк» (Швеция) с различной мощностью педалирования - 120 Вт и 200 Вт с применением заявленного устройства для тренировки дыхания, использующего шарик 9 с различными параметрами: стальные шарики диаметром 9,0±0,1 мм и массой 3,7±0,1 г, диаметром 11,0±0,1 мм и массой 6,7±0,1 г, диаметром 12,0±0,1 мм и массой 8,7±0,1 г, диаметром 13,0±0,1 мм и массой 11,1±0,1 г, диаметром 15,0±0,1 мм и массой 16,1±0,1 г, и стеклянный шарик диаметром 12,0±0,1 мм и весом 2,6±0,1 г.
Время выполнения каждой нагрузки 2 минуты При этом частота педалирования поддерживалась на уровне 80 оборотов в минуту на протяжении всего времени работы.. Для забора выдыхаемого воздух на спортсмене закрепляли специализированную (газовую) маску, оснащенную трехходовым клапаном, или тренажер, оснащенный специальным переходным устройством для забора выдыхаемого воздуха. Анализ концентрации газов в выдыхаемом воздухе (после их забора в мешки Дугласа) осуществлялся на блоках газометрического анализатора «Бекман» (США) ОМ-II. При этом определяли величину коэффициента использования кислорода (КИО2) в % - показатель, характеризующий количество кислорода 02, поглощенное организмом из 1-го л вентилируемого воздуха, что отражает степень эффективности усвояемости кислорода и функционирования окислительной системы организма и, соответственно, эффективность выработки энергии, необходимой для обеспечения мышечной деятельности человека. Повышение КИО2 характеризует увеличение эффективности функционирования дыхательных мышц и окислительной системы энергообеспечения двигательных действий спортсмена, и, соответственно, повышение эффективности тренировки дыхания и эффективности тренировочного процесса в целом. В таблице 1 представлено средне арифметическое значение коэффициента использования кислорода (%) для группы из 7 спортсменов на разных мощностях нагрузки выполнения тестового упражнения на выдохе.
Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением диаметра и массы шарика коэффициент использования кислорода растет, увеличиваясь до максимального значения 4,89±0.28% на мощности 120 Вт и 5,66±0,30% на мощности 200 Вт (р<0,05) для стального шарика диаметром 12,0±0,1 мм и массой 8,7±0,1 г. Дальнейшее увеличение диаметра и массы шарика приводит к уменьшению коэффициента использования кислорода.
Таким образом, заявленное соотношение параметров шарика, при котором его диаметр составляет 12,0±0,1 мм (или 11,90÷12,1 мм) а масса равна 8,7±0,1 г (или 8,6÷8,8 г), является оптимальным и существенным для получения технического результата, заключающегося в повышении эффективности тренировки дыхательных мышц, и, соответственно, в повышении эффективности тренировки дыхания и эффективности тренировочного процесса в целом.