Электронное устройство для тренировки дыхания - RU2183130C2

Описание

Изобретение относится к области спорта для дополнительной тренировки легочной и сердечно-сосудистой систем, а также может быть использовано в медицине в качестве гипоксической стимуляции неспецифической резистентности организма.

Известны для гипокситерапии барокомплексы, создающие эффект "горного воздуха", типа "Эльбрус", БЛКС 307. В камеру с пациентом подается воздух с пониженным содержанием кислорода, состояние пациента контролируется компьютерной системой.

Недостатками этих комплексов являются их высокая стоимость, ограниченное время воздействия - в пределах проведения сеансов гипокситерапии в медицинском учреждении.

Другой подход заключается в том, что гипоксия создается с помощью устройств, в которых пониженное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе получается смешиванием в некоторых емкостях части выдыхаемого воздуха и поступающего атмосферного. К таким устройствам относятся индивидуальные гипосикаторы - а.с. СССР 1335294, кл. А 61 М 16/00, 1987, патент RU 2021825, кл. А 61 М 16/00,1994.

К недостаткам таких устройств можно отнести отсутствие в них элементов контроля состояния пользователя, объективно дозировать снижение содержания кислорода при вдохе, а также наличие объемных элементов: загубника или маски, шлангов, клапанов, емкости для смешивания части выдыхаемого воздуха и атмосферного. Последнее практически исключает возможность пользоваться гипоксикаторами при других видах деятельности из-за их объемности и неэстетичности. Кроме того, такая вдыхаемая смесь содержит пониженное содержание отрицательных аэроионов, так как используется выдыхаемый воздух.

Известно механическое устройство, с помощью которого гипоксия создается за счет изменения продолжительности каждой фазы дыхательного цикла, причем начало каждого цикла определяется визуальными ориентирами на самом устройстве - а.с. СССР 1729541 А1, кл. А 63 В 23/18, 1992.

К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие объективного дозирования нагрузки и контроля за реакцией организма при изменении физической активности, визуальный контроль за ориентирами, что требует определенного внимания.

Наличие объемных элементов (загубник, трубки, дисковый обтюратор) ограничивает возможность применения данного устройства из-за неэстетичности.

Известно электронное устройство для тренировки дыхания, содержащее узел индикации начала каждого дыхательного цикла, датчик пульса для согласования режима дыхания с ритмом работы сердца и счетчик сердечных сокращений - ЕР 0113200, кл. А 61 В 5/02,1984.

Однако известное устройство не обеспечивает возможности объективно поддерживать заданную дыхательную нагрузку при изменении функционального состояния в текущий момент времени и отслеживать потребность организма в кислороде при изменении физической нагрузки.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является соединение портативного устройства, удобного для использования при других видах деятельности, что увеличивает время тренировки, наличие в устройстве контроля за реакцией организма пользователя на гипоксию, а также возможность объективно поддерживать заданную дыхательную нагрузку при изменении функционального состояния в текущий момент времени, разработка радиоэлектронного устройства, как наиболее поддающегося миниатюризации и способного выполнять сложные функции.

Для решения задачи контроля за реакцией организма на гипоксию выбран показатель пульса, обладающий интегрирующим свойством отклика всех систем человека, как на недостаток поступления кислорода, так и на адаптивные возможности организма в зависимости от его функционального состояния на текущий момент.

Указанный технический результат достигается за счет того, что электронное устройство, содержащее узел индикации начала каждого дыхательного цикла, датчик пульса для согласования ритма дыхания с ритмом работы сердца и счетчик сердечных сокращений, снабжено задатчиком тренировочной нагрузки в виде соотношения один дыхательный цикл - число сердечных сокращений, при этом датчик пульса соединен со счетчиком сердечных сокращений, связанным с задатчиком тренировочной нагрузки, который в свою очередь соединен с узлом индикации.

Поскольку длительность каждой фазы дыхательного цикла обратно пропорциональна частоте сердечных сокращений, отслеживается потребность организма в кислороде при изменении физической нагрузки и влиянии других факторов при заданной дыхательной нагрузке.

Тренировочная нагрузка задается соотношением длительность дыхательного цикла - частота сердечных сокращений. В устройстве ведется подсчет заданного количества сердечных сокращений, после чего выдается сигнал на начало следующего дыхательного цикла. Таким образом, чем больше сердечных сокращений в течение одного дыхательного цикла, тем больше тренировочная нагрузка.

В изобретении в качестве ориентиров начала каждого дыхательного цикла используется звуковой сигнал, так как звуковой канал восприятия информации менее загружен, чем зрительный, но может быть использован и другой вид индикации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик пульса 1, усилитель 2, счетчик импульсов 3, дешифратор 4, блок переключателей 5, замыкающие выходы дешифратора 4 на одну общую точку, которая соединена с первым входом элемента И 6 и входом установки в ноль-R счетчика 3, генератор звуковой частоты 7, соединенный со вторым входом элемента И 6, звуковой излучатель 8, подключенный к выходу элемента И 6.

Устройство работает следующим образом. На блоке переключателей 5 задается тренировочная нагрузка, т.е. замыкается один из переключателей. С датчика пульса 1 через усилитель 2 на вход счетчика 3 поступают импульсы. С выхода счетчика 3 подсчитанная сумма импульсов в виде двоичного кода подается на входы дешифратора 4, на котором осуществляется преобразование двоичного кода в униполярный. Появление сигнала на выходе дешифратора 4, соединенного с замкнутым переключателем, приведет к следующему:
1) по первому входу элемента 6 будет разрешение на прохождение через элемент 6 импульсов звуковой частоты с генератора 7 на излучатель 8, таким образом, формируется сообщение пользователю о начале очередного дыхательного цикла;
2) счетчик 3 по входу установки в ноль-R перейдет в исходное нулевое состояние.

С установкой счетчика 3 в исходное нулевое состояние исчезнет сигнал на замкнутом переключателе, импульсы звуковой частоты не будут поступать через элемент 6 на звуковой излучатель 8. Схема вернется в исходное состояние: счетчик 3 будет подсчитывать заданное количество импульсов с датчика пульса 1, определяя, таким образом, длительность дыхательного цикла.

Тренировочная нагрузка задается на блоке переключателей 5. Чем больше задана с помощью блока переключателей 5 сумма, которую может накопить счетчик 3, тем больше длительность каждой дыхательной фазы и выше тренировочная нагрузка.

При увеличении или уменьшении физической активности соответственно увеличивается или уменьшается частота сердечных сокращений, но так как длительность дыхательного цикла обратно пропорциональна частоте сердечных сокращений, соответственно уменьшится или увеличится длительность дыхательных фаз, обеспечивая, таким образом, постоянное соотношение длительность дыхательного цикла - частота сердечных сокращений, а именно тренировочную нагрузку.

Задатчик отслеживает потребность организма в кислороде при изменении нагрузки и влиянии других факторов, и он, обеспечивая соотношение один дыхательный цикл - число сердечных сокращений, соответственно уменьшит или увеличит длительность дыхательных фаз, что равнозначно увеличению или уменьшению потребления кислорода.

Реферат

Изобретение относится к области спорта и медицине. С целью уменьшения массогабаритных характеристик устройство-задатчик дыхательного ритма выполнено на основе радиоэлектронных компонентов, что позволяет использовать его при другой деятельности, увеличив, таким образом, время тренировки, а с целью поддержания постоянной заданной тренировочной нагрузки длительность каждого дыхательного цикла обратно пропорциональна частоте сердечных сокращений. Устройство содержит датчик пульса, усилитель, счетчик импульсов, дешифратор, блок переключателей, генератор звуковой частоты, элемент И и звуковой излучатель. Счетчик ведет счет импульсам с датчика пульса, дешифратор преобразует двоичный код счетчика в униполярный код. При совпадении этого кода с установленной униполярной комбинацией на блоке переключателей появится звуковой сигнал на излучателе от генератора через элемент, а счетчик по входу R установится в исходное нулевое состояние. Звуковой сигнал определяет начало очередного дыхательного цикла. Тренировочная нагрузка задается на блоке переключателей. Чем больше задана с помощью блока переключателей сумма, которую может накопить счетчик, тем больше длительность каждой дыхательной фазы и выше тренировочная нагрузка. 1 ил.

Формула