ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТРЕНАЖЕР-ПРИБОР-ИДУТ-П2 И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК A61M16/00 

Изобретение относится к области защиты органов дыхания при работе в экстремальных условиях, например на морозе при температурах, создающих предпосылки для переохлаждения дыхательных путей, защиты органов дыхания от охлаждения в период острого респираторного заболевания при пребывании в холодной атмосфере, поддержание в организме естественного сосудорасширяющего соединения - углекислого газа, а также снижения уровня загрязнения вдыхаемой воздушной смеси.

В технике известен дыхательный аппарат противогаз, включающий шлем-маску, переходную трубку-горловину, емкость-коробку с системой очистительных фильтров, сумку для транспортировки противогаза [1]. (Популярная медицинская энциклопедия. М.: Издательство «Советская энциклопедия»,1991, стр.501).

Недостатком этого прибора является невозможность дыхания возвратной газовой смесью, малоэффективность при дыхании при отрицательных температурах.

Известен тренажер (ТФИ) ТУ-9619-001-42529619-2001, который состоит из трубки, емкости для вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси. Недостатком известного тренажера (ТФИ) является невозможность использования его при отрицательных температурах.

Известны также аэрозольный респиратор Ф-62Ш (Популярная медицинская энциклопедия. Издательство «Советская энциклопедия». М., 1991, стр.522÷523), включающий лицевую часть (полумаску), горловину-переходник для соединения лицевой части с фильтрующими элементами, системы крепления прибора на пользователе. Недостатком данного прибора является невозможность дыхания возвратной газовой смесью, малая эффективность при дыхании в условиях отрицательных температурах.

Наиболее близким прибором к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство, раскрытое в патенте RU 2020976 C1, содержащее лицевую часть, соединенную через патрубок с емкостью, при этом емкость выполнена из разъемных частей, соединенных между собой узлом соединения, обеспечивающих установку или замену фильтрующих элементов, узел крепления устройства на пользователе, недостатком известного решения является невозможность использования в условиях отрицательных температур.

Известен также способ уменьшения хронической гипоксии тканей (патент RU №2133629 от 03.04.1998 г.), который изложен и в инструкции по использованию тренажера (ТФИ - тренажер физкультурный имитатор ТУ 9619-001-42529619-2001). Дыхание по этому способу осуществляется через рот. Технический результат по предложенному способу достигается путем создания сопротивления воздуха водяным столбом, равным 10-50 мм вод. ст., многопорционно в равном экономичном режиме расхода воздуха в течение 4-8 с. При дыхательном акте более 20 с вдох производится в течение 0,5-1,5 с.

Такой режим дыхательных тренировок очень сложен и физически не понятен, как можно поменять при микровдохе и выдохе воздушную среду в альвеолах легких за 0,5 с, если учесть, что на пути движения наличие объема «мертвого пространства», состоящего из выдыхаемой воздушной среды.

Задачей заявленного изобретения является создание простого, доступного прибора, обеспечивающего создание минимальной допустимой температуры во вдыхаемой воздушной смеси, исключающей переохлаждение дыхательных путей при выполнении дыхательного акта, в условиях работы при низких температурах, а также защита органов дыхания в период заболевания и после острого респираторного заболевания, а также при очередном вдохе через прибор за счет смеси воздуха возвратного дыхания и атмосферного воздуха возможно создать в альвеолах легких необходимую гипоксию (пониженное содержание кислорода) и гиперкапнию (повышенного содержания углекислого газа), при этом физически происходит незначительное расширение альвеол, что по данным (Бутейко К.П. «Очищение дыхания. Природа и человек», 1998 г., №5) значительно повышает процесс газообмена в альвеолах легких, повышая концентрацию так необходимых в организме углекислого газа и соответственно кислорода.

Технический результат достигается созданием прибора, в котором вдыхаемая воздушная смесь подогревается при прохождении через теплообменный пакет, а также за счет смешивания нагретой возвратной воздушной смеси с вновь поступившим холодным воздухом. В другом варианте за счет промежуточной емкости создается пониженное содержание кислорода и повышенное содержание углекислого газа, а также за счет регулирования подачи воздуха при выдохе создается повышенное давление в альвеолах легких, таким образом предложенный прибор может обеспечить дыхательные тренировки как при свободном дыхании в режиме без давления (прибор ТФИ, конструкция Мишустина Ю.Н.), так и выдыхание под давлением, конструкция В.Ф.Фролова.

Предложенный прибор состоит из емкости (4), по ее периметру (см. рис.1) выполнен разъем для установки или замены во внутреннем объеме теплообменного заполнителя (6). В нижней части емкости выполнены отверстия диаметром до 5,0 мм (в виде перфорации по поверхности) с суммарной площадью, большей или равной отверстию горловины (3), при этом емкость по периметру разъема имеет узел соединения верхней части с нижней.

Теплообменный пакет (6) может быть выполнен на основе естественных волокнистых материалов (хлопок, шерсть, лен и др.) и искусственных синтетических волокон (капрон, нейлон, вискоза и др.) при многоразовом использовании прибора. К верхней части емкости (4) через переходник (3) в горловине крепится лицевая часть (1). С внутренней стороны лицевой части по поверхности контакта с лицом уложен теплоизолирующий слой (2).

В зависимости от условий эксплуатации емкость для теплообменного пакета (рис.1) может иметь различные формы. Нижняя (8) часть емкости для выдыхаемой и вдыхаемой смеси выполняется в 2 вариантах (рис.1.2.)

I Для дыхания в экстремальных условиях (низкая температура при болезненном состоянии и т.д.) выполняется перфорированной с диаметром отверстия до 5 мм (рис.1). Общим объемом до 0,55 л.

II Для дыхания в режиме избыточного давления при выдохе, а также свободное дыхание в режиме с дополнительной емкостью. Общий объем выбран от 0,5 до 2,5 л (рис.2).

В конструкции для дыхания по варианту II в корпусе в нижней части выполнены равномерно по поверхности до 9 отверстий диаметром от 0,5-3,0 мм (16). Гомогенность вдыхаемой воздушной смеси достигается различным уровнем расположения отверстий (16, 14, 15, 20) в нижней части емкости. С помощью регулятора задвижки при плавном повороте ручки (11) производится совмещение или смещение отверстий (15), расположенных на плоскости (10) нижней части емкости с отверстиями (14), расположенными на задвижке (9). При совмещении отверстий обеспечивается свободное дыхание без сопротивления, по методу дыхания с промежуточной емкостью, при смещении отверстий создается избыточное давление при выдохе от свободного дыхания до максимальной допустимой величины, равной ~20 мм водяного столба. Это давление регулируется в соответствии с техническими условиями на прибор в процессе его изготовления. Объем емкости для вдыхаемой и выдыхаемой смеси по II варианту выбран исходя из опыта авторов равным 2,5 л. При использовании прибора-тренажера в лечебных целях необходимо применять переменный объем емкости для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха начиная с 0,5 л до 2,5 л. Требуемый объем в предложенной конструкции получается или путем установки в нижнюю часть емкости фиктивного объема, или заменой малого объема на больший (рис.2) 18.

На рис.1 и рис.2 приведены схемы прибора ИДУТ-П2. Прибор состоит:

1. лицевая часть (полумаска);

2. теплоизолирующий слой;

3. переходник в верхней горловине для прохода воздушной смеси при вдохе и выдохе;

4. верхняя честь емкости для установки теплообменного и фильтрационного пакета;

5. теплоизоляция верхней части емкости;

6. теплообменный и фильтровальный слой;

7. узел соединения верхней и нижней частей емкости для установки теплообменного пакета или замены нижней части емкости;

8-1 и 8-2 нижняя часть емкости (съемная часть) комплектуется в 2-х вариантах (рис.1 и рис.2);

9. задвижка для регулирования избыточного давления при выдохе;

10. ручка для регулирования избыточного давления;

11. перфорационные отверстия в нижней части емкости (8-1, вариант I);

12. зацепочное соединение нижней и верхней частей емкости для вдыхания и выдыхания воздушной смеси (вариант соединения);

13. резьбовое соединение нижней с верхней частью емкости для вдыхания и выдыхания воздушной смеси (вариант соединения);

14. отверстие в задвижке для регулирования избыточного давления при выдохе;

15. отверстие в нижней части емкости для регулирования избыточного давления при выдохе;

16. отверстие в нижней части емкости для обеспечения гомогенности вдыхаемого воздуха (вариант II, 8-2);

17. узел для закрепления (рис.2) лицевой части прибора;

18. фиктивный заполнитель объема;

19. промежуточная дыхательная трубка;

20. запорный клапан для прохода воздуха при вдохе и закрытие прохода воздушной смеси при выдохе;

21. узел крепления емкости для вдыхаемой и выдыхаемой смеси.

Работа с предложенным прибором ИДУТ-П2 включает следующие этапы:

- подготовка основных узлов;

- сборка конструкции прибора ИДУТ-П2; (варианты)

Условия эксплуатации:

- выполнение дыхания с использованием прибора ИДУТ-П2 в экстремальных условиях;

- выполнение дыхания в условиях дыхательной тренировки.

Подготовка прибора зависит от условий его эксплуатации. Для работы в экстремальных условиях (пониженная температура, болезненное состояние пользователя и др.) подготовка основных узлов включает следующие операции.

Установка теплообменного пакета.

Из комплекта берется теплообменный пакет и устанавливается в верхнюю часть емкости (рис.1, поз.4 и 6). Затем из комплекта берется нижняя часть емкости (8-1) и через узел крепления (12) закрепляется на корпусе прибора. Затем прибор с помощью устройства для крепления прибора (17) надевается на лицо работающего. Прибор готов к использованию. Готовность проверяется вдохом и выдохом. Определяются условия комфортного дыхания. Дыхание должно быть удобным. При вдохе и выдохе должно чувствоваться незначительное сопротивление вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси. Сопротивление связано с проходом воздушной смеси через теплообменный пакет и регулируется при изготовлении пакета в соответствии с требованиями на изделие. Надев прибор, пользователь может приступить к выполнению поставленной задачи в экстремальных условиях, например при морозе или в сильно запыленном производстве, или когда заболевает или болеет, или после болезни, когда появилась неотложная потребность пройти по морозной улице и др. ситуациях. При дыхании через прибор ИДУТ-П2 выдыхаемый воздух фиг.3 (18) через горловину (3) направляется в верхнюю часть емкости (4) и, проходя через теплообменный пакет (6), нагревает его до температуры выдыхаемого воздуха и попадает в нижнюю съемную часть емкости (8-1) и направляется в окружающую атмосферу через перфорационные отверстия (13), расположенные в нижней части емкости. При выдохе температура выдыхаемого воздуха (28-36)°С.

После выдоха происходит вход (рис.4). При вдохе происходит обратное движение воздушной смеси. При этом в легкие направляется часть воздушной смеси, которою пользователь выдохнул, и часть свежего воздуха, поступающего в емкость через перфорационные отверстия. Свежий воздух смешивается с воздушной смесью, сохранившейся в теплообменном пакете, нагревается до допустимой положительной температуры и поступает в легкие. При этом с целью уменьшения потерь тепла из теплообменного пакета верхняя половина емкости вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси с поверхности защищена теплоизолирующим слоем (5). При следующем выдохе выдыхаемая воздушная смесь, проходя через теплообменный пакет, смешивается со свежим воздухом, нагревает теплообменный пакет и через перфорационные отверстия в нижней части емкости выходит в окружающую атмосферу и цикл вдох выдох повторяется. При этом согласно источнику (Глазурин. А. статья «Примитивная медицина» - М.: «Медицина», 1987 г. А.А.Степанов «Практическое руководство по дыхательной гимнастики», Феникс, Ростов-на-Дону, 2008 г., стр.31) состав воздушной смеси при дыхании через дополнительную дыхательную емкость зависит от объема емкости и изменяет углекислый газ от 5,6% при емкости 0,3 л до 6,7% при 2,5 л. Кислород от 12,4% при емкости 0,3 л до 93% при емкости 2,5 л. Суммарная поверхность перфорации в нижней части емкости должна быть больше площади отверстия в горловине (3).

Подготовка прибора ИДУТ-П2 для тренировки дыхания в лечебных целях в условиях нормального дыхания или в условиях повышенного давления выдыхаемой воздушной смеси производится в следующей последовательности:

- из комплекта прибора ИДУТ-П2 берется второй вариант конструкции нижней части емкости для выдыхаемой и вдыхаемой смеси (8-2), емкость 2,5 л и аналогично первому варианту закрепляется на корпусе. При этом в верхней части емкости теплообменный пакет (6) не устанавливается, а если был раньше вложен, убирается. На корпус нижней части емкости для вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси (8-2) механически или с помощью клея или иным способом закрепляется узел крепления (21) прибора. Затем с помощью этого узла дыхательный тренажер закрепляется в удобном для пользователя месте. После этого с помощью задвижек (9) устанавливается требуемое для данного человека индивидуальные условия для дыхания. С помощью ручки 11 задвижка устанавливается так, чтобы ее отверстия (14) или совпадали с отверстиями (15), расположенными на плоскости 10 в нижней части нижней половины емкости, или частично или полностью перекрывали их в зависимости выбранного способа тренировки.

Если принимается методика дыхания с избыточным давлением при выдохе, берется минимальная емкость 0,55 л и все упражнения делаются с применением этого объема, при полном смещении отверстий (14 и 15). Вдох свободный, как привыкли дышать. При вдохе запорный клапан (20) открывается и воздух свободно проходит в емкость и затем в дыхательный орган. При выходе клапан закрывает отверстие и в емкости (8-2) создается необходимое избыточное давление. Процесс выдыхания осуществлять волнообразно путем увеличения избыточного давления воздушной смеси с нуля до величины, равной ~20 мм водяного столба, с последующим снижением давления до 0. Цикл периода микровыдоха 2-5 сек.

На рис.7 приведен график волнообразного выдоха с использованием избыточного давления. Выбор величины избыточного давления, времени 1-го цикла и количество циклов устанавливается индивидуально по ощущению самого пользователя. Ощущение избыточного давления определяется следующим образом. Конец дыхательной трубки погружается в емкость с водой глубиной 1-2 см, через другой конец или через мундштук пользователь периодически выдыхает. Полученное ощущение напряжения выдоха переносится при пользовании предлагаемым тренажером ИДУТ-П2. Если усилия выдоха по ощущению незначительны, несколько боковых отверстий (16) заклеиваются скотчем. Если ощущения по выдоху затруднительное, с помощью ручки 11 задвижка 9 устанавливается так, чтобы отверстия 14 и 15 незначительно приоткрылись друг к другу до получения необходимого ощущения. Микровыдохи осуществляются путем ритмичного напряжения диафрагм брюшной полости. Время одной тренировки зависит от физического состояния пользователя и осуществляются в течение 20÷40 мин два раза в день.

Регулируя дозировку совмещения отверстий, прибор позволяет при использовании изменять избыточное давление при выдохе и в зависимости от индивидуальных возможностей пользователя создавать щадящей режим дыхательных тренировок, обеспечивая комфортные условия дыхания. При совмещении отверстий, рис.2, обеспечивается свободное дыхание по методу дыхания с промежуточной емкостью. При выполнении упражнений по этому методу режим дыхания осуществлять в привычном, естественном, спокойном темпе. При выполнении упражнений используют дыхательную смесь с повышенным содержанием углекислого газа и пониженным содержанием кислорода, дыхание естественное, свободное; вдох и выдох без усилий. Главное - стараться не очень глубоко дышать. Этот опыт приходит при систематических, 2 раза в день по 20÷40 мин тренировках.

Выдох не может быть быстрым и резким. При этом стараться быть расслабленным, думать о чем-либо приятном в режиме дремоты.

Выполнение дыхательных упражнений по этому способу необходимо начинать с применения дыхательного объема, равного 0,5 л. Согласно с рекомендациями, изложенными в работе: Агоджаняна Н.А., Мишустина Ю.Н. «Выход из тупика. Ошибки медицины исправляет физиология». Самара, 2006 г., ФГУП, издательство Самарский дом печати, 2005 г., и методическими указаниями, изложенными в ТУ 9619-001-42529619-2001.

В процессе тренировок объем для вдыхаемой смеси постепенно увеличивается с 0,5 л до 2,5 л.

С этой целью при сборке прибора во внутренний объем для вдыхаемой и выдыхаемой емкости устанавливается или фиктивная емкость (18), или объем которой подбирается таким образом, чтобы получить нужный объем для выдыхаемого воздуха. Практика показала, что оптимальный объем промежуточной емкости после освоения дыхания на приборе составляет 2,5 л.

Этот объем согласно информации о связи состава альвеолярного воздуха с объемом дополнительного дыхательного пространства («Превентивная медицина». М.: Медицина, 1987 г.) имеет концентрацию углекислого газа % 6,7, концентрацию кислорода 9,3%. Этот состав считается оптимальным, и он рекомендуется при эксплуатации тренажера в предложенной конструкции.

Жестко закрепленная емкость с лицевой частью не всегда удобна. С целью повышения удобства при пользовании тренажером лицевая часть соединяется с емкостью для вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси через промежуточную дыхательную трубку (рис.5, поз.19).

Дыхание на данном приборе исходя из опыта автора и близких пользователей обеспечила надежное лечебное воздействие на весь организм.

Прибор прост в конструктивном решении, в эксплуатации дешев, надежен, универсален и им может пользоваться любой желающий. Технология дыхания на таком тренажере позволяет расширить резервные возможности человека. Благодаря точному регулированию обеспечивается работоспособность всей 100 м² поверхности альвеол легких, повышается содержание углекислого газа в крови за счет снижения его утечки и тем самым создать благоприятные условия для накислораживания организма и всех более чем 2 миллиардов клеток организма.

Опыт тренировок на этом варианте тренажера также показал, что возможно выполнять дыхательные тренировки без лицевой части, а через промежуточную дыхательную трубку (рис.6). При таком варианте тренировки необходимо дыхание выполнять через рот и тренажер. Нос перекрывается или ватным тампоном, или прищепкой-зажимом.

Универсальность конструкции индивидуального дыхательного тренажера прибора (ИДУТ-П2) заключается в том, что позволяет:

- обеспечить частичную очистку выдыхаемой воздушной смеси;

- обеспечить дыхание в экстремальных условиях;

- обеспечить сопротивление воздуха при выдохе;

- обеспечить дыхание через дополнительную емкость в обычном режиме без ощущения сопротивления воздушной смеси с повышенным содержанием углекислого газа от 5,4% до 6,7% (содержание в окружающей воздухе 0,04%), содержание кислорода от 14,6% до 9,3% (содержание в окружающем воздухе 21%).

В соответствии с рекомендациями по применению дыхательных аппаратов, а также практического опыта авторов применение предложенного простого эффективного прибора полностью исключат возможность переохлаждения и обморожения дыхательных путей при работе в экстремальных условиях (работа в северных широтах, дежурство на вышках в зимнее время, выход на мороз с простуженными верхними дыхательными путями, ангиной и т.д.).

По мере выполнения дыхательных упражнений осуществляется постепенное увеличение дыхательного цикла и соответственно увеличивается концентрация углекислого газа в альвеолярном пространстве и в крови, что создает условия для оздоровления всего организма.

Группа изобретений относится к области медицины. Индивидуальный дыхательный тренажер состоит из емкости, которая по периметру имеет разъем для установки во внутренний объем теплообменного и пылефильтрующего пакета-вкладыша, изготовленного из материала, обладающего повышенной теплоемкостью и теплопроводностью. Емкость выполнена из двух частей, соединенных между собой узлом соединения. Для использования в экстремальных условиях объем емкости для вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси должен быть не более 0,55 л. При использовании прибора в лечебных тренировках объем емкости для вдыхаемой и выдыхаемой воздушной смеси равен 2,5 л. Способ применения прибора заключается в том, что процесс выдоха производится волнообразно путем увеличения с нулевого давления до величины, равной ~20 мм водяного столба, с последующим снижением давления до 0-5 мм водяного столба, с периодом дыхательного цикла от 2-х до 5 с, при этом период и цикл и их количество зависят от индивидуальной возможности пользователя. 3 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Индивидуальный дыхательный универсальный тренажер, содержащий лицевую часть, соединенную через горловину-переходник с емкостью, при этом емкость выполнена из разъемных частей, соединенных между собой узлом соединения, систему прикрепления прибора на пользователе, отличающийся тем, что во внутренней объем установлен теплообменный пакет вкладыш разового или многоразового применения, в конструкции для дыхания в экстремальных условиях верхняя половина емкости с внешней стороны имеет теплоизолирующий слой, а лицевая часть по поверхности, прилегающей к лицу, имеет также теплоизолирующий слой, нижняя часть емкости выполнена перфорированной с диаметром отверстия до 5 мм.

2. Индивидуальный дыхательный универсальный тренажер, содержащий лицевую часть, соединенную через горловину - переходник с емкостью, при этом емкость выполнена из разъемных частей, скрепленных между собой узлом соединения, систему прикрепления прибора на пользователе, отличающийся тем, что при использовании прибора в лечебно-физкультурных тренировках объем емкости для вдыхания и выдыхания воздушной смеси берется равным от 0,5 до 2,5 л, а в нижней части емкости установлен регулятор задвижки с отверстиями, симметрично расположенными относительно отверстий на плоской поверхности в нижней части емкости, при этом по поверхности в нижней части емкости для получения гомогенной дыхательной смеси выполнено равномерно до девяти отверстий диаметром до 3 мм, при этом гомогенность в дыхательной смеси достигается за счет различного уровня расположения отверстий относительно нижней части емкости, для удобства эксплуатации прибора при дыхательных тренировках лицевая часть соединена с емкостью для вдыхания и выдыхания воздушной смеси через промежуточную дыхательную трубку, и при этом возможно дыхание выполнять через трубку без лицевой части.

3. Способ применения индивидуального дыхательного тренажера по п.1 или 2, включающий цикл чередующих вдохов и выдохов, при этом вдох произвольный, поверхностный, а выдох мягкий и заканчивающийся в конце поджатием диафрагмы, отличающийся тем, что выдох производится в виде волнообразных микровыдохов по 2-5 с путем увеличения избыточного давления выдыхаемой воздушной смеси до величины, равной ~20 мм водяного столба, с последующим снижением давления до 0 мм водяного столба за счет ритмичной работы диафрагмы, при этом количество циклов и количество микровыдохов зависит от индивидуальной возможности пользователя.