ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРЕНАЖЕР В.Ф.ФРОЛОВА Российский патент 1999 года по МПК A61M16/00 

Изобретение относится к медицине, более конкретно к медицинским приборам, используемым для профилактики и лечения заболеваний, в частности органов дыхания, а также при выработке наиболее эффективного способа дыхания - эндогенного, способствующего защите организма от вредных воздействий факторов внешней среды.

Известен дыхательный тренажер по авторскому свидетельству СССР 1588423А1 (Колонтаевский Ф.В. и др.) 30.08.90 г. A 61 M 16/00. Устройство обеспечивает заданное сопротивление выдоху, удаление пыли и конденсата из вдыхаемого воздуха, а также очистку вдыхаемого воздуха от пыли и образовавшегося конденсата. Устройство содержит корпус с полой цилиндрической резьбовой частью и каналами выдоха, мундштук, съемное дно, регулирующий дроссель выдоха, клапан вдоха и шкалу сопротивления выдоху. Этот тренажер не позволяет установить физиологически эффективное сопротивление на выдохе и вдохе и не создает условий умеренной гипоксии и гиперкапнии.

Известный дыхательный тренажер по авторскому свидетельству СССР 1680171 A1 (КАИ им. академика С.П. Королева) 30.09.91 г. A 61 H 31/02 предназначается для занятий лечебной физкультурой больных бронхиальной астмой и позволяет повысить лечебный эффект путем обеспечения вибромассажа гладкой мускулатуры бронхов и вывода излишка выдыхаемого воздуха. Содержит генератор пониженного и повышенного давления, загубник, дыхательный трубопровод и оказывающий сопротивление дыханию проходной вентиль. Известные тренажеры не позволяют получить дыхательную смесь с пониженным содержанием кислорода, являются сложными по конструкции и в эксплуатации. Кроме того, нельзя установить требуемые физиологически эффективные пределы сопротивлений вдоху и выдоху.

В качестве наиболее близкого аналога целесообразно рассматривать ингалятор Фролова (SU 1790417АЗ (Фролов В.Ф. и др.) 23.01.93 г. A 61 M 15/02), который по сути представляет собой дыхательный тренажер. Его конструкция обеспечивает широкие функциональные возможности и позволяет проводить как режим ингаляции, так и режим сопротивления дыханию на вдохе и выдохе в условиях умеренной гипоксии. Известный прибор содержит наружную камеру смешения, внутри которой расположен собственно ингалятор, выполненный в виде цилиндрического закрытого сосуда (стакана с крышкой) и коаксиально установленной внутри него аэрозольной камеры. Дно аэрозольной камеры выполнено перфорированным и установлено с зазором относительно дна охватывающего ее закрытого сосуда. Отверстия в дне аэрозольной камеры служат для подачи ингалируемого вещества, прохода и дробления жидкости, газов, а также для обеспечения необходимого сопротивления дыханию. В крышке наружной камеры смешения выполнено отверстие, в котором с зазором установлена дыхательная трубка, проходящая также с зазором через отверстие в крышке закрытого сосуда ингалятора и подсоединенная к верхнему концу аэрозольной камеры. Отверстие для дыхательной трубки в крышке наружной камеры смешения одновременно является и отверстием для подачи/отвода воздуха. В наружной камере происходит коррекция химического состава вдыхаемой воздушной смеси за счет смешения атмосферного воздуха и воздуха, выдыхаемого в предыдущих циклах (эффект возвратного дыхания). Возникающие при дыхании через жидкость гидродинамические факторы обуславливают повышенное сопротивление вдоху и выдоху, повышение содержания в газовой смеси углекислого газа и создания умеренной гипоксии.

Однако известный ближайший аналог не лишен недостатков. При использовании тренажера на выдохе поддерживают сопротивление 25-35 мм вод. ст. Это значение является физиологически эффективным. Подробно об этом изложено в предыдущих работах, в частности в описании к изобретению по заявке на "Способ тренировки дыхательной системы" номер 98100020. Такие пределы сопротивления обеспечиваются за счет оптимального подбора размеров и количества отверстий, расположенных в дне аэрозольной камеры, а также размеров зазора между ее дном и дном сосуда и объемом воды в тренажере. Практика показывает, что при этом создается повышенное сопротивление на вдохе, составляющее 150 - 200 мм вод. ст. Такое различие в сопротивлениях вдоху и выдоху обусловлено рациональным режимом дыхания на тренажере, предусматривающем быстрый активный вдох (1 - 2 с) и предельно экономичный по расходу воздуха и ровный, продолжительный выдох. Однако при недостаточной функции дыхания у ослабленных пациентов и у больных вдох с таким сопротивлением бывает затрудненным или становится практически невозможным.

Высокое сопротивление при вдохе при использовании известного прибора обусловлено в основном движением воды по двум последовательным малоразмерным каналам, к тому же имеющим достаточную протяженность и поворот на 90^o. Действительно, поток воздуха при вдохе проходит через зазор между дном аэрозольной камеры и дном наружной камеры, делает поворот и через малые отверстия поднимается в камеру. Вертикальное и соосное воздушному потоку расположение отверстий приводит при вдохе к поступлению в дыхательную трубку, а следовательно, в дыхательные пути капель жидкости. Сепаратор для сепарации жидкости в известной конструкции отсутствует. Это создает еще более тяжелый режим работы.

Сущность изобретения
Изобретение направлено на решение задачи создания многофункционального, обеспечивающего эффективный газообмен простого, удобного в подготовке к использованию и собственно в процессе эксплуатации пациентами с любым состоянием дыхательной системы прибора, обладающего всеми терапевтическими качествами своего аналога.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в обеспечении физиологического сопротивления при выдохе и снижении сопротивления при вдохе до величины, не превышающей 100 мм вод.ст.

Дополнительный технический результат заключается в уменьшении захвата капель воды воздушным потоком.

Технический результат достигается за счет того, что в дыхательном тренажере, содержащем наружную камеру с отверстием для прохода воздуха и дыхательную трубку, введена трубка, установленная в наружной камере коаксиально и имеющая верхний суженный конец, соединенный с дыхательной трубкой, в дне наружной камеры с внутренней стороны выполнены открытые радиальные каналы, при этом нижний торец трубки совместно с открытыми радиальными каналами образует отверстия для прохода воздуха в трубку.

Площадь большего сечения трубки в 2-4 раза превышает площадь кольцевого зазора между стенкой наружной камеры и трубкой.

Нижняя часть трубки утолщена, например, с наружной стороны.

Дыхательный тренажер имеет количество и размеры каналов, при заливе воды в тренажер обеспечивающее сопротивление на вдохе и выдохе соответственно не более 100 мм вод.ст. и 25-35 мм вод.ст.

Трубка в нижней части снабжена ребрами, а в верхней части плотно фиксирована в отверстии крышки.

Сужение трубки выполнено под углом 90 - 100^o, площадь отверстия в суженной ее части в 10-20 раз меньше площади большего сечения трубки.

Дыхательная трубка выполнена гибкой или жесткой.

Открытые радиальные каналы выполнены с уменьшающейся от периферии наружной камеры к ее центру площадью поперечного сечения.

Открытые радиальные каналы имеют уменьшающуюся от периферии наружной камеры к ее центру глубину.

Приведенный ниже пример выполнения дыхательного тренажера позволяет более подробно пояснить получаемый технический результат.

На чертеже показан предпочтительный вариант выполнения дыхательного тренажера.

Пример. Тренажер представляет собой наружную камеру 1 с отверстием 7 для прохода дыхательной трубки 2. Дно наружной камеры 1 имеет радиальные открытые каналы 3. В предпочтительном варианте изобретения каналы 3 выполнены наклонными с уменьшающейся от периферии камеры 1 к ее центру площадью поперечного сечения. За счет такого их выполнения сформированы сужающиеся отверстия 11 для прохода воздуха внутрь трубки 4. Отверстия сужаются при переходе жидкости и воздуха из кольцевого зазора 8 в полость трубки 4. В этом случае сопротивление жидкости при вдохе меньше, чем при выдохе. В наружной камере 1 коаксиально установлена трубка 4, торец 9 которой образует с плоскостью дна 10 камеры 1 и каналами 3 отверстия 11. К верхней суженной части 12 трубки 4 присоединена дыхательная трубка 2. Сужение осуществляется за счет резкого поворота на угол 90-100 градусов. Площадь сечения суженного участка 12 в 10-20 раз меньше площади большего сечения трубки 4. Это соотношение выявлено автором эмпирически в ходе испытаний прибора. Сужение трубки позволяет осуществить резкое смещение первоначально всасываемого в нижней части трубки 4 воздушного потока относительно выходящего в верхней центральной части. Нижняя часть трубки 4 в предпочтительном варианте утолщена с внешней стороны с целью увеличения длины отверстий 11 для подбора оптимального сопротивления при дыхании. На внешней поверхности трубки 4 выполнены, кроме того, ребра 5 для обеспечения ее соосности с камерой 1. В верхней части трубка плотно фиксирована в отверстии 7.

Дыхательная трубка 2 может быть размещена в отверстии 7 крышки 6 наружной камеры 1 с зазором для прохода воздуха и без зазора. В первом случае конфигурация отверстия 7 крышки 6 за счет выступов (не показаны) должна обеспечить соосность трубки 4 и камеры 1. Во втором случае отверстиe для прохода воздуха может быть выполнено в крышке 6 или в стенке камеры 1.

С целью уменьшения сопротивления на вдохе площадь полого сечения трубки 4 должна в 2-4 раза превышать площадь зазора 8 между наружной камерой 1 и трубкой 4. Соотношение получено эмпирически. Вдох в этом случае облегчается, так как уменьшается количество воды, всасываемой в полость трубки 4 и поднимаемой потоком воздуха при вдохе. Таким образом, конструкция устройства создает предпочтительные условия для снижения сопротивления при вдохе по сравнению с сопротивлению выдоху. При этом должно быть обеспечено сопротивление при выдохе 25-35 мм вод.ст., а при вдохе сопротивление не должно превышать 100 мм вод.ст. Обеспечение необходимых параметров достигается за счет размеров и количества каналов 3, соотношения диаметров наружной камеры и трубки и объемом жидкости, заливаемой в тренажер.

Одновременно решается задача уменьшения захвата восходящим потоком воздуха капель воды. Воздух барботирует непосредственно в пристеночной зоне трубки 4 и делает резкий поворот в верхней части. Сепарация капель воды обеспечивается за счет трения потока о стенку и инерционностью воды в зоне сужения трубки.

Дыхание на тренажере рекомендуется осуществлять по разработанному методу (заявка 9810020). Дыхательный акт состоит из быстрого (1-2 с) вдоха и ровного экономичного выдоха. При вдохе воздух через отверстие в крышке 6 поступает в камеру 1 и через каналы 3 всасывается в трубку 4, дыхательную трубку 2 и органы дыхания. При этом вода в начале вдоха всасывается в полость трубки 4, поднимается и перемешивается, освобождая отверстия для поступления воздуха. При выдохе вода выталкивается в кольцевой промежуток, а затем воздух барботирует через ее слой и выходит из тренажера через отверстие в крышке 6. Выдыхаемая воздушная смесь имеет пониженную концентрацию кислорода и повышенную концентрацию углекислого газа. При очередном вдохе эта смесь в первую очередь попадает в органы дыхания. Поэтому дыхание осуществляется в режиме умеренной гипоксии и гиперкапнии.

Изобретение может быть использовано при тренировке дыхания в режиме сопротивления на вдохе и выдохе, в режиме умеренной регулируемой гипоксии, в том числе с введением аэрозольных лечебных средств. Поэтому дыхательный тренажер может найти применение не только в традиционной медицине как средство лечения и профилактики заболеваний, но и в области спорта, а также как средство личной дыхательной гигиены для выработки и поддержания оптимального способа дыхания, снижающего вредное воздействие окружающей среды пациентами с любым состоянием дыхательной системы, в том числе и ослабленными.

Источники информации
1. SU патент 1790417АЗ ( Фролов В.Ф. и др.) 23.01.93, A 61 M 15/02
2. SU 1588423 A1 (Колонтаевский Ф.В. и др.), 30.08.90, A 61 M 16/00
3. SU 1680171 A1 (КАИ им. акад. С.П.Королева), 30.09.91, A 61 H 31/02з

Тренажер предназначен для использования при тренировке дыхания в режиме умеренной гипоксии с сопротивление вдоху и выдоху. Технический результат заключается в обеспечении физиологически эффективного сопротивления на вдохе и выдохе. Дыхательный тренажер содержит наружную камеру с отверстием для прохода воздуха и дыхательную трубку. Трубка установлена в наружной камере коаксиально и имеет верхний суженный конец, соединенный с дыхательной трубкой, в дне наружной камеры с внутренней стороны выполнены открытые радиальные каналы, при этом нижний торец трубки совместно с открытыми радиальными каналами образует отверстия для прохода воздуха в трубку. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Дыхательный тренажер, содержащий наружную камеру с отверстием для прохода воздуха и дыхательную трубку, отличающийся тем, что в него введена трубка, установленная в наружной камере коаксиально и имеющая верхний суженный конец, соединенный с дыхательной трубкой, в дне наружной камеры с внутренней стороны выполнены открытые радиальные каналы, при этом нижний торец трубки совместно с открытыми радиальными каналами образует отверстия для прохода воздуха в трубку. 2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что площадь большего сечения трубки в 2-4 раза превышает площадь кольцевого зазора между стенкой наружной камеры и трубкой. 3. Тренажер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что нижняя часть трубки утолщена, например, с наружной стороны. 4. Тренажер по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он имеет количество и размеры каналов, при заливе воды в тренажер, обеспечивающее сопротивление на вдохе и выдохе соответственно не более 100 мм вод.ст. и 25-35 мм вод.ст. 5. Тренажер по п.4, отличающийся тем, что трубка в нижней части снабжена ребрами, а в верхней части плотно фиксирована в отверстии крышки. 6. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что сужение трубки выполнено под углом 90 - 100 ^o, площадь отверстия в суженной ее части в 10-20 раз меньше площади большего сечения трубки. 7. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что дыхательная трубка выполнена гибкой или жесткой. 8. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что открытые радиальные каналы выполнены с уменьшающейся от периферии наружной камеры к ее центру площадью поперечного сечения. 9. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что открытые радиальные каналы имеют уменьшающуюся от периферии наружной камеры к ее центру глубину.