В исследовании приняли участие 2-е группы спортсменов:
1. Пять спортсменов (возраст 19-22 года, вес 69+/-3.6 кг), специализирующихся в большом теннисе (1-ый разряд, КМС).
2. Участники, не являющиеся профессиональными спортсменами, но регулярно занимающиеся фитнессом и оздоровительным бегом, со «стажем» занятий от 10-ти лет, средний возраст 30-38 лет, вес 76+/-5.9 кг.

Изучение особенностей характеристик внешнего дыхания участников эксперимента при выполнении нагрузки возрастающей мощности с использованием Тренажера и в нормальных условиях проводилось при выполнении предельной мышечной работы ступенчато возрастающего характера «до отказа» испытуемого работать дальше.
Предлагалось выполнить две нагрузки предельного характера на механическом велоэргометре «Монарк» в нормальных условиях и с использованием Тренажера (в дальнейшем «Маска» и «Тренажер»). Вариант «Маска» - это работа в газовой маске без дополнительного сопротивления потоку выдыхаемого воздуха. Вариант «Тренажер» - работа с Тренажером.

При использовании различных вариантов дыхания характер задаваемой нагрузки сохранялся и представлял следующую процедуру:
- После двух минутного забора выдыхаемого воздуха и крови (исходное состояние) сидя в рабочем положении на велоэргометре испытуемым предлагалось выполнить ступенчато возрастающую работу «до отказа» с одним из двух вариантов дыхания. Начальная мощность работы составляла 240 кгм/мин (40 Вт; 0,5 кР).
- Темп педалирования предлагалось поддерживать постоянным на протяжении всего времени работы – 80 оборотов в минуту, что могло контролироваться испытуемым по счетчику оборотов.
- Повышение нагрузки осуществлялось путем увеличения сопротивления (мощности работы) на 240 кгм/мин (40 Вт; 0,5 кР) через каждые две минуты (согласно рекомендациям Astrand P.O. et al., 1977; Головачев А.И. с соавт., 1998).

При выполнении тестовых нагрузок с различными вариантами выполнения дыхания постоянно, через каждые 15 секунд, регистрировали показатели частоты сердечных сокращений (ЧСС) и темпа педалирования (ТП) с помощью специализированного спорттестера S 725 (Финляндия), концентрацию лактата в конце каждой ступени работы, по остановке и на 3-ей минуте восстановления, а также параметры внешнего дыхания в конце каждой минуты работы и восстановления (в течение первых 3 минут) в течение 30 секунд.

Для забора выдыхаемого воздуха на испытуемом закрепляли специальную маску, оснащенную трехходовым клапаном, или Тренажер, который через специально разработанный и изготовленный переходник, подключался к трехходовому клапану. Анализ концентрации газов в выдыхаемом воздухе (после их забора в мешки Дугласа) осуществлялся на блоках газометрического анализатора «Бекман» (США) ОМ-II и LB-2, соответственно для %О2 и %СО2. Объем выдыхаемого воздуха определялся с помощью спирометра сухого типа «Оксимер» (Германия).
Заметим, что каждое последующее исследование различных вариантов дыхания, проводилось через трое суток, с учетом времени, необходимого для полного восстановления израсходованного гликогена (Волков Н.И., 1969).
Регистрируемые показатели обеспечивали не только исследование особенностей внешнего дыхания спортсменов, но и характера деятельности основных систем энергообеспечения.

В каждом варианте выполнения тестового упражнения («Маска» и «Тренажер») оценивались и анализировались следующие характеристики выполненной работы и внешнего дыхания:
Тр - время работы в тесте, мин;
Nmax - предельная мощность, достигнутая в тесте (кгм/мин);
Nmax/kg - предельная мощность работы, приведенная к единице веса спортсмена (кгм/мин/кг);
МПК - максимальное потребление кислорода абсолютный (л/мин) и относительный (мл/мин/кг) показатели;
МВЛ - максимальная вентиляция легких, л/мин;
КИО2 - коэффициент использования кислорода, %;
%СО2 - процент углекислого газа в выдыхаемом воздухе, %;
ДК - дыхательный коэффициент;
Лактат - концентрация лактата в крови, мМ/л;
О2-долг - «алактатная» фракция кислородного долга, л;
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин;
КП - кислородный пульс, мл/уд;
NАТ - мощность анаэробного порога, кгм/мин/кг;
VO2АТ - потребление кислорода на уровне АТ, мл/мин/кг;
ЧССАТ - частота сердечных сокращений на уровне АТ, уд/мин;

С целью более правильного понимания особенностей внешнего дыхания при использовании Тренажера напомним, что основой Тренажера является специальное нагрузочное устройство, воспроизводящее при выдохе низкочастотную вибрацию в сочетании с регулируемым сопротивлением небольшой величины.
В связи с этим мы были вправе ожидать проявления различий при сравнительном анализе динамики легочной вентиляции для обеих групп испытуемых, что и подтвердилось результатами эксперимента (рис.3, 4).

Выявлено, что использование Тренажера уменьшает объем легочной вентиляции с увеличением мощности выполняемой работы в силу конструктивных особенностей Тренажера.

Значительное влияние на длительность работы с увеличением мощности работы оказывает и степень подготовленности и специфика двигательной деятельности испытуемых.
Так, в 1-ой группе испытуемые отказывались выполнять задание на 12-ой минуте работы, что соответствовало мощности работы 480 Вт, тогда как во 2-ой группе «отказ» наблюдался на 8-ой минуте – 320 Вт.
В 1-ой группе значительные различия в легочной вентиляции проявились уже на 4-ой минуте работы (2-ая ступень нагрузки) и составили в среднем 5.55 л/мин (-14.2%).
Во 2-ой группе эти различия были отмечены только на 6-ой минуте работы – 5.4 л/мин (-10.2%).
В 1-ой группе различие по величине легочной вентиляции между дыханием без сопротивления и с сопротивлением после 4-ой минуты резко увеличивалось и при отказе от работы достигло 45,6% или 52,0 л/мин.

Этому моменту соответствовала 12 минута работы. При этом величина легочной вентиляции при работе с Тренажером составляла в среднем 62,0 л/мин, а для дыхания в маске 141,0 л/мин (рис. 3).Во 2-ой группе различия в легочной вентиляции в момент «отказа» (8-ая минута работы) составили в среднем 20.4% или 15, 4 л/мин. При этом величина легочной вентиляции при работе с тренажером равнялась 61.6 л/мин, а для дыхания в маске – 76 л/мин.

Необходимо отметить, что при снятии нагрузки легочная вентиляция во 2-ой группе уменьшалась значительно быстрее, чем в 1-ой, и на 3-ей минуте восстановления была меньше, чем в начале эксперимента.
Влияние использования Тренажера на динамику коэффициента использования кислорода КИО2 выражается в следующем (рис. 5 и 6).

Из рисунка 5 видно, что в 1-ой группе различия в КИО2 при использовании Тренажера отмечаются с 3-ей минуты (2-ая ступень нагрузки). Далее отмечается быстрой нарастание КИО2 до 5-ой минуты работы (3-ая ступень нагрузки), где различие по данной характеристике достигает 16.3 % (при значениях КИО2 5.2% и 4.3% для вариантов «Тренажер» и «Маска» соответственно). Рост КИО2 с меньшей скоростью продолжается до 10-ой минуты (конец 5-ой ступени нагрузки), когда различия достигают 33% (при значениях КИО2 5.6% и 4.2% для вариантов «Тренажер» и «Маска» соответственно). Далее значения КИО2 для варианта «Тренажер» несколько уменьшаются до момента «срыва» (12-ая минута, 6-ая ступень нагрузки). Различие по данной характеристике в момент «срыва» равны 51.2% (при значениях КИО2 5.3% и 3.5% для вариантов «Тренажер» и «Маска» соответственно).

Из рисунка 6 видно, что у испытуемых 2-ой группы значения КИО 2 меньше, чем у участников 1-ой группы, что говорит о влиянии уровня подготовленности спортсменов на КИО2. По-видимому, этот же фактор влияет на динамику изучаемой характеристики на первых минутах работы (рис.6). Различия для вариантов «Маска» и «Тренажер» начинают проявляться только в конце 2-ой ступени нагрузки (4-ая минута) и составляют 11.4% (при значениях КИО2 3.9% и 3.5% для вариантов «Тренажер» и «Маска» соответственно). Далее скорость нарастания КИО2 несколько снижается, однако рост данной характеристики продолжается до момента «отказа», где различия равны 30.3% (при значениях КИО2 4.3% и 3.3% для вариантов «Тренажер» и «Маска» соответственно).
Динамика процентного содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе %СО2 в обеих группах представлена на рисунках 7,8.

Из рисунков видно, что динамика этой характеристики в обеих группах практически одинакова. Однако абсолютные значения %СО2 выше у испытуемых 1-ой группы.
Следует отметить, что в обеих группах различия по КИО2 и %СО2 между вариантами «Маска» и «Тренажер» увеличиваются к 7 – 8 минуте работы (4-ая ступень нагрузки), что соответствует вхождению в зону анаэробного порога, когда Тренажер не позволяет увеличить объем легочной вентиляции.
В то же время для 1-ой группы испытуемых было выявлено следующее. Если характер динамики %СО2 сохранялся от начала и до конца работы, то нарастание КИО2 продолжалось до 10-ой минуты (5-ая ступень нагрузки), а затем отмечалось некоторое снижение данной характеристики.
Именно с этого момента увеличивается скорость нарастания дыхательного коэффициента ДК в 1-ой группе (рис.9). Значение ДК на 11-ой минуте резко возрастало (с 1.11 на 10-ой минуте до 1.25 на 12-ой минуте работы). Разница между вариантами «Маска» и «Тренажер» составляла на 10-ой минуте 9.9%, а на 12-ой – 17.9%.

Полученные данные о динамике ДК для 1-ой группы при работе и в период восстановления свидетельствуют о более прогрессивном «закислении» организма спортсменов при работе с Тренажером.
Так, при работе с Тренажером, уровень ДК, превышающий значение 1.0 достигается на 7-ой минуте, а при работе с «Маской» - только на 10-ой (рис. 9).

Динамика ДК во 2-ой группе показана на рисунке 10. Из рисунка видно, что при работе с Тренажером, значение ДК, практически равное 1 (0.99), было получено на 6-ой минуте работы. А при варианте «Маска» - на 10-ой. То есть, при работе с Тренажером «закисление» организма участников 2-ой группы происходило несколько раньше, чем у спортсменов 1-ой группы.

Как видно из рисунков 11, 12 динамика потребления кислорода в обеих группах имеет одинаковый характер. МПК в режиме работы «Тренажер» меньше, чем в режиме работы «Маска».Однако были выявлены следующие различия.
Во-первых, абсолютные значения МПК в первой группе несколько больше, чем во второй. Во-вторых, в первой группе различия появились уже на 3-ей минуте работы (вторая ступень нагрузки), а во второй – на 4-ой минуте работы (конец второй ступени нагрузки).

Полученные данные свидетельствуют, что дыхание с применением Тренажера приводит к снижению уровня потребления кислорода и, как следствие этого, увеличение коэффициента использования кислорода.
Динамика частоты сердечных сокращений в обеих группах испытуемых представлена на рисунках 13, 14.

Из рисунка 13 видно, что до 5-ой минуты работы (начало 3-ей ступеньки нагрузки – 60 Вт) ЧСС практически одинакова для обеих вариантов работы – «Маска» и «Тренажер». В дальнейшем, с увеличением мощности работы, ЧСС при работе с Тренажером больше, чем в обычных условиях (вариант «Маска») до 11-ой минуты (6-ая ступень нагрузки) и к моменту «отказа» (12-ая минута работы, конец 6-ой ступеньки нагрузки, 240 Вт) ЧСС для исследуемых вариантов работы практически одинаков.

Во второй группе испытуемых динамика ЧСС совершенно другая.
Уже с 1-ой минуты рабаты ЧСС при работе с Тренажером значительно (на 9.1%) больше, чем при работе в обычных условиях. Различия отмечены в течение всего времени выполнения упражнения. В момент «срыва» (8-ая минута работы, 4-ая ступень нагрузки) разница в значениях данной характеристики равна 9.4%.

Из рисунка 14 видно, что «пульсовая стоимость работы» при использовании Тренажера ниже, чем при работе в обычных условиях.

Так, работа с Тренажером при нагрузке 40 Вт соответствует работе в обычных условиях с мощностью 80 Вт, что по значениям ЧСС соответствует 110 – 112 уд/мин.Работа на пульсе 140 уд/мин соответствует значениям мощности 160 Вт (Тренажер) и 200 Вт (Маска) (рис. 14).

Полученные результаты позволяют предположить, что выполнение упражнения с Тренажером дает более высокую активацию функционирования сердечно-сосудистой системы на стандартную нагрузку.
При исследовании динамики лактата (рис. 15, 16) было выявлено, что в обеих группах уже с первых стандартных ступеней нагрузки при работе с Тренажером его (лактата) величина была больше, чем при выполнении упражнения в обычных условиях.

Правда, в 1-ой группе на 4-ой минуте работы величина лактата в варианте «Тренажер» несколько меньше, чем в варианте «Маска» (1.26 и 1.34 мМ/л соответственно). Во 2-ой группе также на 4-ой минуте значения лактата для вариантов «Маска» и «Тренажер» одни и те же – 0.9 мМ/л. В остальных замерах значения лактата в обеих группах в варианте «Тренажер» больше, чем варианте «Маска».
На момент «отказа» в 1-ой группе разница в значениях лактата составила 0.3 мМ/л или 4.3%. Во 2-ой группе также 0.3 мМ/л, но это уже 16.7%.

Полученные данные свидетельствуют, что по отношению к нормальному дыханию использование Тренажера приводит к снижению уровня максимальной анаэробной производительности, а на стандартных ступенях нагрузки (до уровня и на уровне анаэробного порога) вызывает более высокую скорость его накопления (в связи с недостатком запрашиваемого потребления кислорода), что свидетельствует о возможности использования Тренажера для более раннего создания условий гипоксии (разработки искусственной управляемой гипоксической среды).
Заметим, что именно недостаток свободного кислорода во время выполнения мышечной работы на стандартных ступенях нагрузки, не позволяет осуществлять текущее окисление молочной кислоты до углекислого газа и воды, поскольку его поступление в организм как раз и ограничено объемом поступаемого воздуха (и именно минутным объемом дыхания), и этот недостаток не может быть компенсирован увеличением коэффициента использования кислорода и повышением частоты сердечных сокращений.

В целом проведенное исследование показало, что основным лимитирующим фактором прекращения предельной мышечной работы, выступает недостаточный объем поступаемого в организм спортсменов кислорода, связанный конструктивными особенностями Тренажера, вызывающей резкое снижение скорости потока выдыхаемого воздуха и, тем самым, увеличивающей длительность дыхательного цикла. Причем наиболее ярко это проявляется в зоне анаэробного порога и выше, где управление процессом дыхания не может быть произвольным.

Полученные результаты убедительно свидетельствуют, что среди других показателей внешнего дыхания нам не удалось найти характеристики, столь же существенно (как легочная вентиляция) ограничивающие возможности дыхательной системы участвовать в процессе потребления кислорода. Однако при этом, следует учитывать, что весь комплекс исследуемых показателей дает основание предположить, что применение Тренажера при мышечной работе различной интенсивности, способствует созданию условий искусственной гипоксической среды (см. динамику дыхательного коэффициента и концентрации лактата на «стандартных» ступенях нагрузки при дыхании в нормальных условиях и с применением Тренажера).

1. Результаты проведенного исследования свидетельствуют, что при сравнении с нормальным дыханием использование Тренажера приводит к значительному ограничению потока выдыхаемого воздуха, начиная с первой ступени нагрузки и до ее окончания («отказа» от работы), что подтверждается статистически достоверными различиями показателей легочной вентиляции, не зависимо от квалификации спортсменов.
2. При увеличении мощности работы недостаточный объем поступаемого воздуха в организм спортсмена (связанный с ограничением объема легочной вентиляции) при выполнении дыхания с использованием Тренажера, приводит к значительному повышению концентрации углекислого газа и, как компенсаторного механизма, соответствующего увеличения коэффициента использования кислорода. Вместе с тем повышение коэффициента использования кислорода, адекватного уровню углекислого газа, не происходит, что и приводит к повышению значения дыхательного коэффициента выше 1,0.
3. Результаты исследования динамики потребления кислорода свидетельствуют, что дыхание с применением Тренажера приводит к снижению уровня потребления кислорода (за счет недостаточного объема легочной вентиляции и роста величины коэффициента использования кислорода).
4. Установлено, что дыхание с Тренажером приводит к более высокой активации функционирования сердечно-сосудистой системы на стандартную нагрузку, но не позволяет достичь максимально возможного уровня для спортсмена.
5. Результаты исследования динамики лактата свидетельствуют, что по отношению к нормальному дыханию использование Тренажера приводит к снижению уровня максимальной анаэробной производительности,, а на стандартных ступенях нагрузки (до уровня и на уровне анаэробного порога) вызывает более высокую скорость его накопления.
Полученные результаты явились предпосылками для проведения педагогического эксперимента по выявлению эффективности использования Тренажера в тренировке физкультурников и спортсменов различной квалификации.