ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ПОРТАТИВНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЫХАНИЯ И СТИМУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Российский патент 1999 года по МПК A61H31/00 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины катастроф и применимо в бытовых и производственных аварийных ситуациях, связанных с опасностью для жизнедеятельности, а также в ситуациях, сопутствующих военным действиям, происшествиям на транспорте, случаям массового поражения населения в результате стихийных бедствий или сравнимых с ними по масштабу бедствий - результата преступной хозяйственной деятельности.

Известны индивидуальные средства защиты, предназначенные для применения в некоторых из перечисленных выше ситуаций, такие, например, как противогазы различных марок, респираторы, маски, входящие в комплект спасательных средств, например, применяемых в горнодобывающей промышленности (ГС-8, ГС-10 и т.д).

Однако общим необходимым требованием применения этих средств является отсутствие серьезных повреждений лица и внешних дыхательных органов у объекта защиты, что естественно невыполнимо для всех пострадавших в аварийной ситуации.

Известны применяемые в медицинской практике устройства для формирования микротрахеостомы [1,2,3] , предназначенные для жизнеобеспечения путем принудительного газоснабжения организма непосредственно через трахею пациента, минуя внешние дыхательные органы. Однако область применения этих устройств ограничена рамками стационара; к тому же работоспособны они только в руках высококвалифицированного медицинского персонала.

Известны способы стимуляции сердечной деятельности [4]: эпикардиальная, перикардиальная стимуляция, осуществляемая при открытой грудной клетке; миокардиальная, средственная стимуляция, осуществляемая через иглу, введенную в сердечную мышцу; внутриполостная, внутрижелудочная стимуляция, осуществляемая через электрод, вводимый путем катетеризации правого желудочка через венозную систему (электроимпульсная стимуляция с силой тока 5-25 мА, напряжением 2-10 В).

Однако известные способы требуют для своего применения условий стационара, причем их осуществление сопровождается определенным оперативным вмешательством, чем обуславливается степень травматичности этих способов.

Наиболее простым и доступным является наружный (закрытый) массаж сердца [4] , при котором вручную производят надавливание на нижнюю треть грудины. Массаж сопровождается дыханием по способу "рот в рот".

Однако применение этого способа может оказаться невозможным в условиях массового поражения населения, в том числе и по причине, обусловленной характером травмы, полученной пациентом в аварийной ситуации.

Известны разнообразные технические устройства, выполняющие роль сердечно-легочных реаниматоров [5, 6], обеспечивающие корректируемые, в том числе и автоматически принудительное газоснабжение организма и воздействие на функцию сердца.

Однако эти устройства не могут быть применены, как индивидуальные средства защиты, в руках персонала, не обладающего соответствующей медицинской квалификацией. К тому же в их применении строго не оговаривается взаимозависимость корректирующих воздействий на функцию сердца и сопутствующей регулировки частоты и интенсивности пульсаций газа на легочную вентиляцию.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известный реаниматор по авторскому свидетельству СССР N 288861, МПК A 61 H 31/00, который содержит газовый баллон, связанный с редуктором для регулировки давления газа, исполнительный блок и блок автоматического управления работой исполнительных органов, источник электрического питания и датчик пульса, дополнительно снабженный визуальным индикатором пульсовой волны.

Однако известный реаниматор не может служить как портативное устройство, способное к массовому применению в сложной аварийной обстановке с большим числом жертв, т. к. набор технических средств, входящих в его комплект, не может в совокупности выполнять роль индивидуального переносного средства защиты, как например противогаза.

Известно также влияние процесса сердечной деятельности на обновление альвеолярного воздуха [7]: единичное сокращение сердца приводит при открытых дыхательных путях к изменению количества воздуха в бронхо-легочном аппарате на величину до 0,09 л. Согласно принципу обращения движения, обратное действие - разовый импульс газа, нагнетаемого на вентиляцию легких, - сообщает энергию потоку крови по капиллярам, облегчая сердцу в соответствующем импульсе его сокращения прокачивание крови по кровеносной системе организма. Проведение искусственной (принудительной) вентиляции легких предлагаемым устройством с частотой пульсаций газа, соответствующей оптимальной для данного пациента частоте сердечных сокращений, создает условия для проявления резонансно-массажного эффекта, следствием чего является стимуляция усиления контрактильной функции миокарда, т.е. стимуляция сердечной деятельности [8, 9]. Кроме того, анализ уравнения импульсов для потока газа на вентиляцию [10, 11] показал возможность пропорционального увеличения манометрического давления газа на вентиляцию при росте частоты его пульсаций, чем обеспечивается усиление эффективности неопосредованного резонансного массажа сердца без повышения степени опасности нанесения баротравмы. В предлагаемом устройстве эта возможность реализуется автоматическим регулированием давления и частоты пульсаций струи газа на вентиляцию, согласованных с работой сердца, контролируемой по пульсу.

Предлагаемое устройство решает задачу создания эффективного средства защиты населения, обладающего минимальной степенью травматичности в употреблении, не требующего специальной квалификации для его использования, в том числе и при индивидуальном применении по принципу "сам себе". При этом устройство способно поддерживать жизнедеятельность организма путем принудительной легочной вентиляции с возможностью одновременной стимуляции сердечной деятельности за счет неопосредованного массажа сердца, в том числе и с помощью слаботоковых электрических импульсов.

Согласно предполагаемому изобретению решение этих задач обеспечивается тем, что в индивидуальном портативном автоматическом устройстве для искусственного дыхания и стимуляции сердечной деятельности, содержащем газовый баллон, соединительные шланги, редуктор для регулировки давления струи газа, источник электрического питания, блок автоматического управления работой исполнительных органов устройства и генерацией частоты пульсаций газа на вентиляцию легких, исполнительный блок - средство для формирования микротрахеостомы, датчик контроля пульса, отличием является то, что средство для формирования микротрахеостомы выполнено в герметичном корпусе, внутренний объем которого является оканчивающимся микротрахеостомической канюлей каналом для струи газа на вентиляцию и снабжен управляющими электромагнитами с возможностью обеспечения ими автоматического формирования микротрахеостомы и управления частотой пульсаций газа на вентиляцию; внешняя поверхность герметичного корпуса снабжена контактным упором с возможностью образования цепи слаботоковых электрических импульсов, в которой отрицательным полюсом является микротрахеостомическая канюля, а положительным - контактный упор; при этом блок автоматического управления выполнен с возможностью согласования частоты пульсаций газа на вентиляцию с частотой сердечных сокращений и с частотой формирования слаботоковых электрических импульсов.

Схема одного из возможных вариантов исполнения предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, где
1 - блок автоматического управления,
2 - источник питания,
3 - газовый баллон,
4 - редуктор,
5 - соединительные шланги,
6 - исполнительный блок - средство для формирования микротрахеостомы,
7 - датчик пульса и его наполнения,
8 - корпус,
9 - стилет,
10 - микротрахеостомическая канюля,
11 - концевые выключатели пакета электромагнитов управления формированием микротрахеостомы,
12 - концевые выключатели пакета электромагнитов управления частотой пульсаций газа на вентиляцию,
13 - контактный упор,
14 - ремни крепления исполнительного блока к шее пациента.

На фиг. 2 приведены составные части структурной схемы блока автоматического управления:
А - система автоматического управления формирования микротрахеостомы;
Б - система автоматического регулирования частоты пульсаций газа на вентиляцию;
В - система автоматического регулирования давления;
Г - система автоматического управления электроимпульсной стимуляцией,
Обозначения на блок-схемах структуры управления;
ПУ - пульт управления;
ЛБ - логический блок, содержащий элементы сравнения ЭС;
УС - электромагниты управления стилетом;
УК - электромагниты управления микротрахеостомической канюлей;
ЧД - электромагниты управления частотой пульсаций газа на вентиляцию;
НЧ - задатчик начальной частоты пульсации газа;
РЧГ - регулятор согласования частоты пульсаций газа по частоте сердечных сокращений;
ГЧГ - генератор частоты пульсаций газа;
ДП - датчик пульса и его наполнения;
БД - задатчик начального давления от баллона (на выходе из редуктора);
РД - регулятор согласования давления от баллона с частотой пульсаций газа;
ИД - исполнительный орган регулирования давления от баллона (на выходе из редуктора);
ДД - датчик давления;
РЧЭ - регулятор согласования частоты слаботоковых электроимпульсов с частотой дыхания (ЧД);
ГЧЭ - генератор частоты и мощности электроимпульса;
ЦЭ - цепь слаботоковых электроимпульсов.

Для использования устройства необходимо закрепить исполнительный блок 6 с помощью ремней крепления 14 на шее пациента; дополнительная фиксация исполнительного блока 6 в рабочем положении осуществляется контактным упором 13, нижний конец которого плотно прилегает к обнаженному участку тела в нижней трети левой части груди пациента. На запястье пациента одевается датчик 7 пульса и его наполнения.

Нажатием кнопки "Пуск" на пульте управления блока автоматического управления 1 к источнику питания 2 концевыми выключателями 11 подключается цепь управления электромагнитами, под действием которых стилет 9 пробивает трахею на заданную глубину пунктирования. Глубина пунктирования устанавливается в диапазоне 15-20 мм потенциометрическим регулятором, расположенным на пульте управления. В этом положении стилет 9 включает другой концевой выключатель 11 и электромагниты перемещают микротрахеостомическую канюлю 10 вдоль стилета 9 до погружения ее в трахею на заданную глубину пунктирования. В этом положении микротрахеостомическая канюля 10 замыкает концевые выключатели 11 электромагнита возврата стилета 9, чем освобождается канал в корпусе исполнительного блока 6 для прохода газа в трахею.

В крайнем убранном положении стилет 9 подключает к источнику питания 2 цепь управления подачей и давлением газа на вентиляцию легких от баллона 3 через редуктор 4, выполненный, например, в виде электромагнитного дросселя с обратным клапаном, и через соединительные шланги 5, по которым газ поступает в канал исполнительного блока 6. Одновременно к источнику питания 2 через концевые выключатели 12 подключается цепь управления электромагнитами, работой которых обеспечивается пульсирующая подача газа на вентиляцию. Совершая малые возвратно-поступательные перемещения в силовом поле этих электромагнитов, стилет 9 попеременно закрывает и открывает отверстие для прохода газа в микротрахеостомической канюле 10; частота изменения полярности электромагнитов соответствует частоте пульсаций газа на вентиляцию. При запуске устройства в действие электросигнал, поступающий на концевые выключателя 11, опережает электросигналы, поступающие на концевые выключатели 12 и в цепь управления подачей и давлением газа на вентиляцию. Частотный диапазон пульсаций газа принят 30-100 мин^-1, величина дыхательного объема задается устройством в пределах 150-300 мл, а величина избыточного давления газовой струи на уровне "карины" (ветвление трахеи на главные бронхи) поддерживается не более 30 см вод. ст. [9, 11, 12].

Исходные значения параметров работы устройства таковы: частота пульсаций газа на вентиляцию 30 мин^-1; избыточное давление на уровне "карины" - 30 см вод.ст.; дыхательный объем - 150 мл.

Блок автоматического управления 1 получает сигнал от датчика 7 пульса и его наполнения, после чего осуществляет настройку частоты пульсаций газа на вентиляцию для согласования ее с частотой сердечных сокращений. При этом одновременно регулируется давление газовой струи на выходе из редуктора. В том случае, когда полностью реализован диапазон располагаемых значений частоты пульсаций газа на вентиляцию (а значит, и максимальные значения дыхательного объема - 300 мл и максимальные расходы газа от баллона 2), то сигнал от датчика 7 пульса свидетельствует о недостаточном его наполнении, блок автоматического управления 1 включает цепь электроимпульсной стимуляции сердечной деятельности при значениях силы тока 5-25 мА и напряжении 2-10 В (начиная от минимальных значений, с постепенным выходом на максимум). На блоке автоматического управления имеется дополнительная кнопка "Пуск Э", с помощью которой электроимпульсная стимуляция может быть включена оператором в любой момент времени.

Так как в цепи слаботоковых электроимпульсов микротрахеостомическая канюля является отрицательным полюсом, то в зоне расположения нижнего конца контактного упора грудная мышца начинает сокращаться в соответствии с частотой стимулирующих электроимпульсов, чем и обеспечивается неопосредованный массаж сердца.

Остановка работы устройства, сопровождающаяся автоматическим выходом микротрахеостомической канюли из трахеи и возвратом стилета 9 в крайнее убранное положение, происходит после нажатия кнопки "Стоп" на пульте управления или при падении давления струи газа в канале корпуса 8 исполнительного блока 6 до значения 4 мм вод.ст. при полностью открытом редукторе 4.

Список литературы:
1. Адамсон Д. Патент США N 4,555,050, от 03.12.1985 г.

2. Хлыстов В.Н., Милованов А.И, и др. "Способ установки микротрахеостомы и устройство для его осуществления" заявка на изобретение N 4704077, приоритет от 08.07.1989 г. М. ВНИИГПЭ, 1989 г.

3. Хлыстов В.И., Милованов А.И. и др. "Устройство для формирования микротрахеостомы" в журн. "Медтехника" N 1, М., 1991 г.

4. Асканас З. Реанимация в кардиологии. Варшава, 1972, 184 с.

5. Хапилов Н.В. и др. "Сердечно-легочный реаниматор", авторское свидетельство СССР N 456622 с приоритетом от 28.02.73, М., ВНИИГПЭ, 1975 г.

6. Штейн Д. А. и др. "Устройство для регулирования сердечно-сосудистой деятельности", авторское свидетельство СССР N 617035 с приоритетом от 22.04.71, М., ВНИИГПЭ, 1978 г.

7. Mak D. et. al, Ann. Anesth. Franc. 1976 г., N 17, Bd. 8, S. 863-876.

8. Милованов А. И. , Хлыстов В.Н. "О резонансно-массажном эффекте при высокочастотной ИВЛ", тез. докл. XIII науч.-тех. конф. ИрИИТа, Иркутск, 1990 г.

8. Хлыстов В.Н., Милованов А.И. и др. "Способ стимуляции сердечной деятельности" заявка на изобретение N 4914173 с приоритетом от 12.07.90 г., М. , ВНИИГПЭ, 1990 г.

10. Милованов А.И., Хлыстов В.Н. "Давление и частота пульсаций газа для адекватной ИВЛ". В кн. "Фундаментальные науки - медицине и здравоохранению" ч. 1, Иркутск, 1989 г.

11. Хлыстов В.Н., Милованов А.И. "Искусственная вентиляция легких. Математическое моделирование и прогнозирование. Клиническое применение". Иркутск, изд. ИГУ, 1991 г., 127 с.

12. Авторское свидетельство СССР N 2888861 МПК A 61 H 31/00. Бюллетень N 1 за 1971 г.

Устройство предназначено для искусственного дыхания и стимуляции сердечной деятельности, обеспечивает минимальную степень травматичности в употреблении, не требует для использования специальной медицинской подготовки, пригодно к работе при индивидуальном применении. Газовый баллон через соединительные шланги связан с редуктором для регулировки давления газа. Источник электропитания и датчик пульса соединены с блоком автоматического управления работой исполнительных органов, подключенным к исполнительному блоку, оснащенному ремнем для крепления на теле пациента. Исполнительный блок выполнен в виде средства для формирования микротрахеостомы и размещен внутри корпуса. Внутренний объем корпуса является каналом для струи газа на вентиляцию м заканчивается микротрахеостомической канюлей. Электромагниты через блок автоматического управления соединены с источником электропитания. Внешняя поверхность корпуса снабжена контактным упором с возможностью образования через блок автоматического управления и источник питания цепи слаботоковых электрических импульсов. Блок автоматического управления обеспечивает согласование частоты пульсаций газа на вентиляцию с частотой сердечных сокращений и с частотой формирования слаботоковых электрических импульсов. 2 ил.

Индивидуальное портативное автоматическое устройство для искусственного дыхания и стимуляции сердечной деятельности, содержащее газовый баллон с редуктором, через соединительные шланги связанный с исполнительным блоком, блок автоматического управления работой исполнительных органов, подключенный к исполнительному блоку, оснащенному ремнем для крепления на теле пациента, источник электрического питания и датчик пульса, отличающееся тем, что исполнительный блок выполнен в виде средства для формирования микротрахеостомы, размещен в герметичном корпусе, внутренний объем которого является каналом для струи газа на вентиляцию и заканчивается микротрахеостомической канюлей, и снабжен электромагнитами, через блок автоматического управления работой исполнительных органов соединенными с источником электрического питания и предназначенными для автоматического формирования микротрахеостомы и управления частотой пульсаций газа на вентиляцию, внешняя поверхность корпуса снабжена контактным упором с возможностью образования через блок автоматического управления цепи слаботоковых электрических импульсов, в которой отрицательным полюсом является микротрахеостомическая канюля, а положительным - контактный упор, при этом блок автоматического управления выполнен с возможностью согласования частоты пульсаций газа на вентиляцию с частотой сердечных сокращений и частотой формирования слаботоковых электрических импульсов.