СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК A61B5/00 A61B5/08 G01N33/48 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для экспресс-диагностики состояния организма и оценки эффективности лечения как в клинических и стационарных условиях медперсоналом, так и в домашних условиях лицами, не имеющими специального медицинского образования.

Известен способ определения состояния организма, заключающийся в определении реактивности внешнего дыхания человека по концентрации CO₂, регистрации ответных реакций организма и доведения концентрации CO₂ до максимального значения. Данный способ имеет тот недостаток, что позволяет оценить только внешнее дыхание [1] и поэтому имеет узкое применение.

Известен способ определения состояния организма по устойчивости организма к гипоксии, заключающийся в помещении пациента в герметичную камеру и измерении потребления O₂ за 15 минут [2]. Недостатком данного способа является также то, что он позволяет оценить только частное явление: патологию в системе дыхания. Кроме того, для реализации этого метода необходима сложная аппаратура: газоанализаторы на кислороде, герметичные камеры и т.д. Для практических целей необходим метод и прибор для более широкого спектра задач, простой в применении и аппаратурном оформлении.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения состояния организма по наличию газов в смеси выдыхаемого воздуха, реализуемый с помощью портативного экспресс-анализатора газовой смеси на наличие паров алкоголя [6]. Сущность данного решения заключается в том, что выдыхаемый пациентом воздух продувается через пробоотборник, проходит через рабочую камеру, запорный клапан, счетчик-расходомер, адсорбент, нагревательный и термочувствительные элементы, включенные в мостовую схему. Проходя через адсорбент, пары алкоголя (горючий газ) селективно адсорбируются. После того как пройдет необходимый объем газа, срабатывает счетчик и дает сигнал на запорный клапан, прекращается подача выдыхаемого воздуха, включается подогреватель, возникает десорбция паров этилена (спирта), которые попадают на термочувствительный элемент, где происходит их каталитический дожиг. За счет этого выделяется дополнительное тепло и мост разбалансируется. По степени нагрева судят о наличии паров алкоголя. По сравнению с предыдущим решением этот способ значительно проще. Выполнить анализ может любой человек без медицинского образования. Приборное оформление также простое. Недостатком данного способа к устройства является то, что он предназначен, как и [1, 2], для узконаправленных целей (для определения степени опьянения). В приборе имеется селективный адсорбент, позволяющий измерять только пары спирта. Нагреватель находится в непосредственном контакте с выдыхаемым воздухом и имеет сравнительно высокую температуру, что исключает возможность использовать данный способ и прибор для анализа более широкого спектра горючих газов. Непосредственный контакт с анализируемым газом нагревателя также дает частичный каталитический эффект и дополнительный разогрев нагревателя, что в данном случае ведет к появлению погрешности измерения.

Задача изобретения - расширение возможностей исследования патологических изменений в организме по анализу газов выдыхаемого воздуха за счет того, что выдыхаемый воздух предварительно доводится до заранее заданных параметров в пробоотборном устройстве, затем подается на сенсорный (термокаталитический) элемент неселективного газоанализатора с диапазоном измерения от 0 до 0,1 объемного процента по метану, а заключение о патологических отклонениях в состоянии организма пациента производится в том случае, если в результате суммарного воздействия выдыхаемых горючих газов на сенсорный элемент показания газоанализатора находятся в пределах 5 - 100% шкалы.

Устройство для осуществления данного способа определения состояния организма, состоящее из пробоотборного устройства, стабилизатора тока, мостовой схемы, чувствительного элемента с каталитическим дожигом, отличается тем, что с целью упрощения конструкции, увеличения чувствительности, уменьшения погрешности измерения, увеличения диапазона концентрации измеряемых газов снаружи пробоотборного устройства закреплен нагреватель с внутренней температурой, которую можно устанавливать в диапазоне 36 - 41^oC.

В прототипе анализируемый газ проходил подготовку путем адсорбции-десорбции, что позволяло увеличить концентрацию паров алкоголя. Однако в этом случае для получения хорошей сходимости и воспроизводимости результатов измерения необходимо было через адсорбент пропускать строго определенный объем газа, Для этого в прототипе установлен счетчик-расходомер и запорный клапан, что усложняет и удорожает устройство. Мы предлагаем применять более чувствительные к горючим газам термокаталитические или полупроводниковые элементы (сенсоры) и вести измерение при температуре близкой, к температуре тела человека (это позволяет исключить из схемы прибора дорогостоящий счетчик-расходомер и запорный клапан).

Известно, что при нарушении обмена веществ у человека в его выдыхаемом воздухе появляются горючие газы, это происходит при нарушении окислительного цикла Кребса [3]. В результате биологическое окисление основных промежуточных продуктов расщепления углеводов, жирных кислот, аминокислот не доходит до логического завершения, т.е. до выделения углекислого газа и воды, а в выдыхаемом воздухе появляются горючие газы. Практически все патологические изменения в организме дают нарушение обмена веществ в большей или меньшей степени [4, 5]. Это в свою очередь ведет к сдвигу в количественном и качественном составе продуктов метаболизма, в том числе и в составе выдыхаемого воздуха (в основном горючих газов). К таким газам относят оксид углерода, ацетон, аммиак, метан, водород, летучие масла и т.д. [3]. При разных патологиях изменяется процентное распределение различных газов. Так при сахарном диабете преобладает ацетон, при дисбактериозе - метан, при заболеваниях почек - аммиак и т.д.

Отличительным признаком предлагаемого метода является то, что о состоянии пациента судят по показаниям прибора, который реагирует на суммарное воздействие всех перечисленных горючих газов.

Блок-схема предлагаемого устройства для определения состояния организм изображена на чертеже.

Предлагаемое устройство состоит из загубника 1, через который воздух, выдыхаемый пациентом, попадает в пробоотборное устройство 2 с чувствительным элементом, электрически включенным в одно из плеч мостовой схемы 3, которая питается от стабилизатора тока 4. В результате взаимодействия паров выдыхаемого воздуха с термокаталитическим чувствительным элементом происходит дожиг горючего газа, выделяется тепло, что ведет к разбалансировке моста, о котором судят по индикатору 5. Нагреватель 6 находится снаружи пробоотборного устройства и непосредственно не контактирует с анализируемым выдыхаемым воздухом. Кроме того, нагреватель и, соответственно, пробоотборное устройство имеет температуру, близкую к температуре тела человека, что составляет 38+3^oC. Как показали эксперименты, это позволяет повысить чувствительность, а также улучшить сходимость и воспроизводимость результатов измерения. Способ определения состояния организма осуществляется следующим образом.

Прибор включается в сеть 220 В 50 Гц, дается прогрев в течение 15-20 мин. Производится запись необходимых данных пациента. После прогрева проверяется питание и настройка прибора. Пациент берет в рот загубник и начинает продувку в течение 10-15 с. Вдох должен быть через нос, а выдох - через загубник. При этом показания вначале растут, а затем, когда воздух из пробоотборного устройства будет вытеснен выдыхаемым воздухом и его температура станет постоянной, стабилизируются. Шкала прибора отградуирована в процентах. Производится отсчет и делается заключение о состоянии пациента.

ПРИМЕР 1
Больной Г., 27 лет. Лечился в эндокринологическом отделении горбольницы N 5 г. Омска с 15.03.98 по 10.04.98 г. Диагноз: сахарный диабет 1 типа, тяжелое течение декомпенсации, кетоз, полинейропатия. Поступил с жалобами на жажду, слабость, боли в ногах, полиурию. Болеет 12 лет. При обследовании сахар в крови в течение суток колебался в пределах 10,5 до 16,0 ммоль/л, ацетон в моче по тест-полоскам фирмы Берингер-Мангейм положителен, сахар в моче - 3%. Анализ крови без особенностей. Глазное дно - ангиопатия I степени.

При исследовании выдыхаемого воздуха на предлагаемом приборе показания составляют 25% шкалы на диапазоне 0-0,1 объемного процента метана.

Проводилось лечение простым инсулином - трижды в день, пролонгированным - однократно в 22 часа, ангиопротекторами, витамином группы В, диета - стол N 9, физиолечение.

ПРИМЕР 2
Больная А. , 48 лет. Лечилась в гастроэнтерологическом отделении горбольницы N 5 г. Омска с 20.03.98 по 13.04.98 г. Диагноз: хронический гастрит с пониженной секрецией, дисбактериоз II степени, дискенезия желчевыводящих путей. Болеет 18 лет. Жалобы на чувство тяжести в эпигастральной области, вздутие живота, чередование поносов и запоров. Боли в правом подреберье, слабость. При обследовании анализы крови и мочи - без особых изменений. Анализ кала - непереваренные мышечные волокна, дисбактериоз. УЗИ - признаки холецистита. Ацетона в моче нет. При анализе выдыхаемого воздуха прибор показывает 5,5% шкалы прибора на диапазоне измерения от 0 до 0,1 объемного процента по метану. Проводимое лечение: диета, ферментные препараты, бактисуптил.

ПРИМЕРЗ
Студент В., 22 лет. Жалоб нет. Здоров. При объективном лабораторном обследовании по системам органов изменений не выявлено. Анализ мочи на ацетон отрицателен. При анализе выдыхаемого воздуха прибор дает показания меньше одного процента от конечной точки шкалы при измерении на диапазоне 0-0,1 объемного процента метана в воздухе.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ПРИБОРА
Опытный образец прибора был изготовлен и прошел испытания на Омском СНПВП "Экотоп". При стендовых испытаниях проверялась его чувствительность на ацетон и метан, построены градуировочные графики. Опытный образец прибора проходил также клинические испытания на больных и здоровых пациентах в МСЧ N 5 г. Омска.

В табл. 1 приведены результаты измерения показаний прибора (в делениях шкалы) во времени от начала отсчета до его стабилизации для здорового и больного пациентов.

Из табл. 1 следует, что время продувки для стабилизации показаний должно составлять не менее 5-6 секунд, после чего показания прибора стабилизируются.

В табл. 2 приведены результаты измерений при разной температуре в проботборнике. Измерения проводились на одном пациенте, больном сахарным диабетом.

Как следует из табл. 2:
а) показания прибора при выдохе в пробоотборник с нормальной температурой окружающей среды (20 - 22^oC) непостоянны и имеют значительный разброс (до +50% от нижнего значения);
б) показания прибора при выдохе в подогретое до температуры человеческого тела (36^oC) пробоотборное устройство одинаковы при всех проведенных измерениях (разброс равен нулю при разных измерениях);
в) величина показаний при выдохе в подогретое пробоотборное устройство существенно выше, чем при выдохе в пробоотборное устройство с нормальной температурой (окружающей среды).

Вероятной причиной этого является существенное уменьшение возможной конденсации паров летучих газов.

В табл. 3 приведены результаты измерения на следующих группах пациентов: здоровые люди, люди, больные сахарным диабетом, и больные дисбактериозом (всего обследовано 117 пациентов.

На данном опытном образце прибора по предложенному интегральному показателю можно проводить контроль состояния компенсации сахарного диабета при массовых исследованиях в стационарах. При этом стоимость анализа будет существенно дешевле, чем при традиционных методах исследования (тест-полоски).

Литература.

1. Авт. св. N 1556659.

2. Авт. cв. N 1514351.

3. Словарь-справочник по физиологии и патофизиологии дыхания. Под ред. д.м.н. В.А. Березовского. Киев: Наукова Думка, 1984.

4. Дж. Тепперман, Х.Тепперман. Физиология обмена веществ и эндокринная система. М.: Мир, 1989 г.

5. М.И. Балаболкин. Эндокринология. И.: Медицина, 1989 г.

6. Авт. св. N 252590юа

Способ может быть использован в медицине, а именно для экспресс-диагностики состояния организма. Пациент берет в рот загубник и начинает продувку. Вдох должен быть через нос, а выдох - через загубник. При анализе газов выдыхаемого воздуха, прошедшего через пробоотборник неселективного газоанализатора, в выдыхаемом воздухе определяют концентрацию горючих газов и измеряют их интегральный показатель и, если значение показателя находится в пределах 5 - 1% шкалы газоанализатора с диапазоном измерения от 0 до 0,1 об. % по метану, определяют патологические отклонения в состоянии организма. Устройство для определения состояния организма состоит из пробоотборного устройства с чувствительным элементом, включенным в одно из плеч мостовой схемы, подключенной к стабилизатору и индикатору. Снаружи пробоотборного устройства закреплен нагреватель с внутренней температурой 38 + 3^oC. Способ и прибор более просты в эксплуатации, более дешевы и могут применяться при массовых исследованиях. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ определения состояния организма, включающий анализ газов выдыхаемого воздуха, прошедшего через пробоотборник неселективного газоанализатора, отличающийся тем, что в выдыхаемом воздухе определяют концентрацию горючих газов и измеряют их интегральный показатель и, если значение показателя находится в пределах 5 - 100% шкалы газоанализатора с диапазоном измерения от 0 до 0,1 об.% по метану, определяют патологические отклонения в состоянии организма. 2. Устройство для определения состояния организма, состоящее из пробоотборного устройства с чувствительным элементом, включенным в одно из плеч мостовой схемы, подключенной к стабилизатору и индикатору, отличающееся тем, что снаружи пробоотборного устройства закреплен нагреватель с внутренней температурой 38 + 3^oC.