Устройство для создания гиперкапнии у человека

Изобретение относится к медицине и может использоваться для профилактики заболеваний дыхательных путей, повышения выносливости и сопротивляемости организма человека. Устройство содержит камеру для накопления углекислоты, загубник и дыхательный патрубок. Камера выполнена в форме цилиндров с конусными основаниями, расположенных один в другом и имеющих возможность плавного перемещения один относительно другого. На одной вершине внешнего цилиндра находится дыхательный патрубок с загубником, на другой вершине - нереверсивный клапан с заслонкой, выполненной с возможностью поворота для создания сопротивления выдоху. Емкость для сбора конденсата установлена на цилиндрической поверхности внешнего цилиндра. На конусном основании дистальной части внешнего цилиндра размещен патрубок для забора проб воздуха. Изобретение позволяет плавно и контролируемо регулировать величину сопротивления выдоху и концентрацию углекислого газа, а также разделять потоки воздуха. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины и может быть использовано для профилактики различных заболеваний, в комплексе реабилитационных мероприятий после перенесенного инфаркта миокарда, приступов бронхиальной астмы, аллергической реакции, а также для повышения общей резистентности организма и др.

В настоящее время известно, что умеренные концентрации углекислоты способны вызвать в организме человека целый ряд положительных эффектов: улучшение кровообращения в сердечной мышце, улучшение бронхиальной проходимости, нормализации работы желудочно-кишечного тракта, снижение интенсивности аллергической реакции, повышение выносливости к гипоксии и физическим нагрузкам, улучшение качества жизни (А.А.Ненашев, С.Ф.Левкин, Ю.Н.Мишустин. Устраните первопричину болезней!/Под редакцией профессора А.А.Ненашева.-Самара.: Парацельс, 1998.-62 с.).

В связи с этим разработка технических устройств является актуальной задачей медицины.

Известно устройство (М.В.Дворников, В.К.Степанов, И.Н.Черняк с соавторами. Повышение эффективности нормобарической интервальной гипоокситерапии добавлением к гипоксической смеси углекислого газа /В кн.: Прерывистая нормобарическая гипокситерапия. Доклады академии проблем гипоксиии Российской Федерации. Т.З.М.: ПАИМС, 1999.-c.89-91), в котором с помощью генераторов и мембран создают разные концентрации углекислоты во вдыхаемой смеси. Однако используемые приборы громоздки, стационарны и дорогостоящи. Последнее не позволяет обеспечить доступность к прибору широких масс населения.

За прототип нами принято устройство - гиперкапникатор конструкции Ю.Н. Мишустина (Патент РФ №2118542 “Тренажер дыхательный индивидуальный”) - ТДИ-02 для индивидуального пользования.

Тренажер ТДИ-02 состоит из двух цилиндрических, входящих одна в другую и заливаемых водой камер, непосредственно соединенных с дыхательным патрубком и загубником. Внутренняя камера имеет щелевую насадку с диафрагмой, позволяющую регулировать физическую нагрузку на организм. Вся конструкция помещается во внешнюю камеру изменяемого объема (стеклянные банки разной емкости). Внешняя камера необходима для увеличения концентрации углекислого газа и снижения концентрации кислорода во вдыхаемой воздушной смеси.

Согласно прилагаемой инструкции методика применения устройства складывается из нескольких этапов.

Первый этап. Дыхание с минимальными нагрузками. При сборке ТДИ-02 перед каждым занятием воду в стакан не заливают. Диафрагму устанавливают на верхней части стакана. Верхняя часть внешней камеры опущена до предела.

Если на первых тренировках не удается без излишних усилий и неприятных ощущений дышать через ТДИ-02 20 минут, следует ограничиться меньшим временем. Постоянно от занятия к занятию время будет самопроизвольно увеличиваться (до 10 минут).

При сборке внутренней камеры поворотом насадки ее щели устанавливаются напротив прорези в корпусе, то есть таким образом, чтобы все щели были открыты.

Второй этап. При сборке ТДИ-02 перед каждым занятием в стакан заливают 2 столовые ложки теплой кипяченой воды. Все щели насадки открыты (как и на этапе 1). Диафрагму устанавливают на середине высоты стакана. Верхняя часть внешней камеры опущена до предела.

Третий этап. При сборке ТДИ-02 перед каждым занятием в стакан заливают 3 столовые ложки воды. Все щели насадки открыты (как и на этапе 1). Диафрагма удалена из конструкции. Верхняя часть внешней камеры опущена до предела.

Четвертый этап - завершающий. При сборке ТДИ-02 перед каждым занятием в стакан заливают 3 столовые ложки воды. Диафрагма удалена из конструкции. Верхняя часть внешней камеры поднята на 60 мм от нижнего положения.

В течение четвертого этапа рекомендуется постепенно увеличивать физическую нагрузку. Для этого при сборе внутренней камеры поворотом насадки перекрывают сначала одну, затем две, а в конце этапа три из пяти щелей насадки.

Конструкция аппарата предполагает наличие сменяемых емкостей (стеклянных банок разной емкости), заполняемых водой. Аппарат насчитывает до 10 разборных деталей. Однако при его использовании выявляется ряд недостатков:

1. Размеры устройства достаточно большие, что требует его установки, как правило, на стол или подставку.

2. Устройство не позволяет плавно изменять объемы емкости для накопления углекислоты. Для изменения объемов емкости необходимо иметь в наличии целый арсенал из стеклянных банок разного объема.

3. Устройство имеет достаточно большое количество деталей, что затрудняет их обработку.

4. Вес устройства составляет до 700 г, что ограничивает его использование в путешествиях, командировках, на отдыхе, при занятиях спортом и т.д.

5. В устройстве отсутствует разделение потока воздуха, поступающего из атмосферы и выходящего из прибора;

6. В устройстве отсутствует возможность для контроля за процессом забора воздуха и конденсата.

7. Устройство не позволяет создавать сопротивление на выдохе, что позволило бы получать дополнительные положительные физиологические эффекты.

8. Использование прибора для “обычного” потребителя затруднительно из-за необходимости выполнять многочисленные инструкции (заливка воды, регулирование диафрагмы, замена внешней емкости и др.).

9. Стоимость прибора относительно велика.

В задачи данного изобретения входит:

1. Создание компактного, легкого и простого в обращении устройства, не требующего дополнительных деталей для обеспечения его работы.

2. Разработка устройства с плавно изменяемым объемом емкости для накопления углекислоты.

3. Создание устройства с минимальным количеством легко обрабатываемых деталей.

4. Обеспечение в приборе возможности разделения потоков воздуха, поступающего из атмосферы и выделяемого из устройства.

5. Обеспечение возможности производить заборы воздуха и конденсата из камер устройства.

6. Предусмотрение технической возможности в устройстве для создания сопротивления газовому потоку на выдохе.

7. Снижение себестоимости устройства по сравнению с существующими аналогами.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для создания гиперкапнии у человека камера для накопления углекислоты выполнена в форме цилиндров с конусными основаниями, расположенных один в другом и имеющих возможность плавного перемещения один относительно другого, на одной вершине внешнего цилиндра находится дыхательный патрубок с загубником, на другой вершине - нереверсивный клапан с заслонкой, выполненный с возможностью поворота с целью создания сопротивления выдоху, на цилиндрической поверхности внешнего цилиндра установлена емкость для сбора конденсата, а на конусном основании дистальной части внешнего цилиндра размещен патрубок для забора проб воздуха.

Техническим результатом предлагаемого устройства является получение вдыхаемой газовой смеси с повышенным содержанием углекислого газа, переключением фаз вдоха и выдоха и созданием сопротивления дыханию на выдохе.

Для пояснения на фиг.1 приведена общая схема устройства, а на фиг.2 - направление потоков воздуха при выдохе.

Устройство состоит из камеры для накопления углекислого газа, состоящей из двух цилиндров (камер) (фиг.1 и 1а), входящих один в другой, дыхательного потрубка (2) с загубником (3), нереверсивного клапана (4) с заслонкой (5), сборника конденсата (6) и патрубка для забора проб воздуха (7). Цилиндры, перемещаясь один в другом, могут плавно уменьшать объем пространства с 1200 мл до 500 мл. На цилиндрах нанесены метки, соответствующие объемам 1200 мл, 1000 мл и 500 мл.

Устройство работает следующим образом. Цилиндры 1 и 1а разводят в противоположные стороны, что соответствует максимальному объему (1,2 л) “мертвого” пространства камеры. Пациент вставляет загубник 3 в рот и накладывает зажим на нос. При выполнении вдоха через дыхательный патрубок 2 (фиг.1) воздушный поток через отдельный вход нереверсивного клапана (4) заполняет цилиндры и затем поступает в легкие пациента. При осуществлении выдоха (фиг.2) выдыхаемый воздух заполняет цилиндры и выходит через клапаны выдоха в атмосферу. Можно использовать для этих целей клапан фирмы “Амбу” - Амбу Е1. Таким образом, при выдохе порция выдыхаемого газа с повышенным содержанием углекислоты задерживается в камере устройства, а каждый последующий выдох увеличивает концентрацию углекислого газа в камере устройства. Для удобства на цилиндрах устройства нанесены метки, отражающие объем камеры в данном положении цилиндров в диапазоне от 1,2 до 0,5 литра. Изменение объема происходит плавным перемещением цилиндров относительно друг друга (это положение показано на фиг.1а штрихом). Конденсат поступает в сборник 6.

Для создания сопротивления на выдохе необходимо на клапане выдоха повернуть заслонку до упора. Сужение отверстия канала выдоха создает сопротивление порядка 3-4 см вод. ст. при обычном нефорсируемом выдохе у взрослого человека. Этот режим обычно включается после адаптации пациентов к повышенным концентрациям углекислого газа.

Контрольные замеры содержания углекислоты в камерах устройства при 20-минутном сеансе дыхания показали результаты, представленные в таблице.

Концентрация углекислоты в камере после 20-минутного сеанса дыхания
Объем камер, мл	Концентрация СО2, %
Минимальная	Максимальная
1200	2,2	3,1
1000	1,8	2,6
500	1,0	2,0

Как видно из таблицы, применение предлагаемого устройства позволяет добиться различных концентраций углекислоты, лежащих в диапазоне от 1,0 до 3,1% во вдыхаемой газовой среде. Возможность дозированно изменять объем камеры и соответственно концентрацию CO₂ во вдыхаемой газовой смеси позволяет использовать устройство у пациентов (больных и здоровых) с различными адаптивными возможностями.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет целый ряд преимуществ перед известными:

1. Устройство позволяет дозированно плавно изменять объем камер без дополнительных технических средств.

2. Устройство компактно и весит всего 200 г.

3. Устройство содержит минимальное количество деталей, позволяющих получить дополнительный физиологический эффект (сопротивление выдоху).

4. Устройство позволяет разделять входящий и выходящий воздушные потоки из дыхательных путей.

5. Устройство позволяет осуществлять заборы воздуха и конденсата, что имеет значение при контроле за созданием гиперкапнии и состоянием человека.

6. Устройство позволяет наряду с созданием повышенных концентраций углекислоты во вдыхаемой газовой смеси создавать сопротивление выдоху.

7. Устройство просто в обращении.

8. Наличие простых компонентов устройства, изготовленного из недорогостоящего материала, значительно снижает его стоимость.

Медико-социальный эффект предлагаемого устройства заключается в возможности широкого его использования у различного контингента больных в период болезни и на этапе реабилитации, а также у здоровых пациентов, спортсменов для профилактики болезней и повышения выносливости организма (повышение резистентности) к различным неблагоприятным воздействиям и для повышения качества жизни.

Простота в эксплуатации устройства, его дешевизна является предпосылкой для массового внедрения устройства в широкие слои населения.

Устройство для создания гиперкапнии у человека, содержащее камеру для накопления углекислоты, загубник и дыхательный патрубок, отличающееся тем, что камера выполнена в форме цилиндров с конусными основаниями, расположенных один в другом и имеющих возможность плавного перемещения один относительно другого, на одной вершине внешнего цилиндра находится дыхательный патрубок с загубником, на другой вершине - нереверсивный клапан с заслонкой, выполненной с возможностью поворота для создания сопротивления выдоху, емкость для сбора конденсата установлена на цилиндрической поверхности внешнего цилиндра, а на конусном основании дистальной части внешнего цилиндра размещен патрубок для забора проб воздуха.