СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСКОРЕНИЯ ЗАСЫПАНИЯ НА ОСНОВЕ ДИАФРАГМАЛЬНОГО ДЫХАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК A61B5/02 A61B5/11 A61M21/00 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в клинических условиях и быту для терапии сна, неврозов, депрессивных состояний и психо-эмоциональных расстройств.

Диафрагмальное глубокое дыхание также известно как глубокое дыхание или медленное брюшное дыхание. Effects of diaphragmatic deep breathing exercises on prehypertensive or hypertensive adults: A literature review. Yau KK, Loke AY. Complement Ther Clin Pract. 2021 43:101315. doi: 10.1016/j.ctcp.2021.101315. Известно, что дыхательные техники, вызывающие расслабления (релаксацию) рекомендуют глубокое, медленное диафрагмальное дыхание. Для достижения желаемого эффекта расслабления, рекомендуется медленно уменьшать частоту дыхательных циклов и соответственно увеличить длительность циклов. Мониторинга дыхания недостаточно, чтобы определить расслаблен субъект или находится в состоянии стресса. Дыхательная система тесно связана с работой сердца. Информативным показателем функционирования сердца является вариабельность сердечного ритма (ВСР), которая измеряет изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС). В условиях покоя частота сердечных сокращений здоровых людей демонстрирует периодические колебания. Это ритмическое явление, известное как дыхательная синусовая аритмия колеблется в зависимости от фазы дыхания: кардио-ускорение во время вдоха и кардио-замедление во время выдоха. Таким образом, частота сердечных сокращений имеет тенденцию синхронизироваться с дыхательной активностью человека. Если человек находится в позитивном или расслабленном состоянии наблюдается высокая синхронизация ЧСС и частоты дыхания (высокая когерентность), и низкая синхронизация, если субъект находится в негативном или напряженном состоянии (низкая когерентность). Эти процессы рассматриваются в публикациях: Respiratory sinus arrhythmia in humans: how breathing pattern modulates heart rate. Hirsch J. A., et al., Am J Physiol.1981 V.241(4): H620-9.; Inhalation/Exhalation ratio modulates the effect of slow breathing on heart rate variability and relaxation. Use V. D., et al., Appl. Psychophysiol. Biofeedback. 2014. V. 39. 171-180.; How breath-control can change your life: a systematic review on psychophysiological correlates of slow breathing. Zaccaro A, et al., Front Hum Neurosci. 2018. V. 12:353.

Известно, что при частоте дыхания 6 раз в минуту (0,1 Гц) синхронизация дыхания и ЧСС достигает максимума и оказывает наибольший эффект на активность парасимпатической нервной системы, которая связана с релаксацией, что вызывает улучшение качества сна: укорачивается время засыпания и улучшается непрерывность ночного сна Efficacy of paced breathing for insomnia: Enhances vagal activity and improves sleep quality. Tsai H.J., et al. Psychophysiology 2015. 52. (3): 388-396; The effects of presleep slow breathing and music listening on polysomnographic sleep measures - a pilot trial. Kuula L. et al. Scientific Reports. 2020. 10. (1): 7427

Однако в большинстве публикаций используется полисомнографическая регистрации сна, требующая специального оборудования и обслуживающего персонала, что неприемлемо для домашнего использования.

Описана система для погружения (побуждения) субъекта в сон (WO 2009133517 Al, [NL]; KONINKL PHILIPS ELECTRONICS NV, 05.11.2009). Способ индукции сна состоит из следующих этапов: измерение частоты сердечных сокращений и частоты дыхания субъекта, оценка степени согласованности между частотой сердечных сокращений и частотой дыхания; генерация сигналов обратной связи о степени синхронности частоты сердечных сокращений и частотой дыхания, которые являются инструкцией для изменения дыхания, в целях синхронизации цикла вариабельности сердечного ритма с дыхательным циклом. Система для побуждения субъекта к засыпанию содержит: монитор частоты сердечных сокращений и частоты дыхания субъекта, устройство оценки согласованности, соединенное с монитором, для оценки степени согласованности между частотой сердечных сокращений и частотой дыхания; и устройство генерации выходных данных на основе степени когерентности, чтобы побудить субъекта ко сну. Это изобретение основано на предположении, что у каждого человека имеется индивидуальная частота дыхания, при которой наблюдается максимальная частота синхронизация цикла вариабельности сердечного ритма с дыхательным циклом и что именно такая частота является оптимальной для засыпания. Предполагается, что при повторных использованиях этого метода проходит обучение, в результате которого происходит более быстрая подстройка дыхания под эту частоту дыхания, которая оптимальна для засыпания.

Недостатком этого изобретения является отсутствие объективного критерия засыпания. Пользователь только субъективно может оценивать успешность этой методики, что снижает мотивацию к использованию этого метода.

Описаны различные аппаратные способы управления типом сна спящего RU 2340365 С2, ФЕРСТ ПРИНСИПЛЗ, ИНК. (US), 10.12.2008 - прототип.

Способ состоит в осуществлении мониторинга физиологических характеристик спящего, указывающих на текущую стадию сна спящего, генерировании сенсорного стимула для навязывания спящему ритма сна и изменении сенсорного стимула для перевода спящего в стадию сна, отличную от текущей стадии сна. Устройства для настройки типа сна содержит монитор физиологической характеристики, генератор сенсорного стимула, процессор, функционально связанный с монитором физиологической характеристики и генератором сенсорного стимула. Процессор предназначен для приема входящего сигнала от монитора физиологической характеристики и обеспечения выходного сигнала для генератора сенсорного стимула. Применение данной группы изобретений позволяет достигнуть эффективного сна и более продуктивного использования времени сна. Однако, в данной реализации необходим мониторинг физиологических характеристик спящего, требующий специальной аппаратуры и обслуживающего персонала, исключающей использование этого изобретения в домашних условиях. Кроме того, воздействие оказывается уже на спящего субъекта, что исключает воздействие на процесс перехода от бодрствования ко сну, облегчающего засыпание.

Настоящее изобретение направлено на решение проблемы контроля за ускорением засыпания субъекта.

Патентуемый способ контроля засыпания включает генерирование звукового стимула для навязывания ритма поведения и регистрацию отклика субъекта.

Отличие состоит в том, что в качестве ритма поведения субъекту назначают диафрагмальное дыхание (ДД) с частотой 5-6 раз в минуту, а в качестве отклика - нажатие на кнопку регистратора временных интервалов (РВИ) между моментами подачи звукового стимула и откликом, при этом субъекту дается задание каждый вдох ДД в момент подачи звукового стимула сопровождать синхронным нажатием на кнопку РВИ, причем процесс засыпания контролируют по несинхронному нажатию (пропуск, задержка по времени, отсутствие) на кнопку РВИ в ответ на звуковой стимул, а последнее нажатие на кнопку РВИ считают временем наступления сна.

Способ может характеризоваться тем, что средство для генерирования звукового стимула и РВИ представляет собой персональный компьютер, при этом кнопка РВИ является клавиатурой ввода информации в компьютер, а также тем, что средство для генерирования звукового стимула и РВИ представляет собой смартфон, при этом кнопка РВИ выполнена в виде бесконтактного пульта управления смартфоном.

Способ может характеризоваться и тем, что ДД обучают посредством видео-аудио файла, причем в качестве средства объективного контроля параметров ДД используют показатели акселерометра смартфона, размещаемого на животе субъекта, а также тем, что дополнительно в качестве отклика субъекта регистрируют показания пульсоксиметра.

Технический результат - ускорение процесса засыпания с возможностью контроля стадий перехода от бодрствования к сну.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:

фиг. 1 - блок-схема компьютерной реализации;

фиг. 2 - реализация на основе смартфона:

фиг. 3 - стадии засыпания по патентуемому способу.

В основе способа лежат следующие предпосылки. Фактором, обеспечивающим ускорения засыпания, является диафрагмальное дыхание (ДД) с частотой 5-6 раз в минуту (в бодрствовании человек совершает 16-20 вдохов в минуту и 12-14 вдохов во сне). Дыхание - одна из немногих вегетативных функций, которая имеет произвольную регуляцию. Диафрагмальное дыхание (ДД) нижней частью живота - тысячелетняя основа восточных практик внутреннего совершенствования - является мощным инструментом исцеления и трансформации. В соответствии с рекомендациями по ДД (см., напр., https://wiki5.ru/wiki/Diaphragmatic breathing) следует при вдохе набрать много воздуха через нос и наполнить им живот, а затем выдохнуть через нос. При этом нельзя давать грудной клетке двигаться, а двигаться должен только живот. Живот втягивать нельзя, а выдох нужно делать чуть длиннее, чем вдох. Это поможет сбалансировать движение воздушного потока внутри брюшной полости.

Релаксирующий механизм ДД связан с возможностью произвольной регуляции вегетативной нервной системы (ВНС). Большинство людей с расстройством баланса ВНС страдают расстройством сна: длительное засыпание, короткая продолжительность сна и бессонница связаны с высоким уровнем симпатической активации и низким уровнем парасимпатической активности. С помощью ДД это возбуждение можно снизить, активировать парасимпатическую часть ВНС и таким образом ускорить наступление сна.

На фиг. 1 представлена блок-схема компьютерной реализации, где: 1 - блок управления и анализа; 2 - генератор звукового стимула, которым может быть щелчок; 3 - громкоговоритель/наушник; 4 - регистратор временных интервалов (РВИ); 5 - кнопка/клавиатура ввода информации; 6 пульсоксиметр; 7 - блок связи; 8 - блок памяти; 9 - модуль обучения; 10 - дисплей; 11 - блок визуализации.

На фиг. 2 представлена реализация на основе смартфона, где: 20 - смартфон; 21 - пульт управления смартфоном; 22 - датчик пульсоксиметра.

На фиг. 3 - циклограмма процесса засыпания с подачей звуковых стимулов и действий по нажатию кнопки синхронно с вдохом ДД.

Аппаратно-программный комплекс состоит из смартфона 20, с подключенными к нему через беспроводную гарнитуру Bluetooth пультом 21 управления смартфоном 20 и датчиком 22 пульсоксиметра. Программа на смартфоне 20 обеспечивает предъявление звукового стимула (щелчка), задающего ритм дыхания. В такт с дыханием субъект нажимает на кнопку 5 или пульт 21, что записывается в память смартфона 20. Регистрация нажатия на кнопку позволяет объективно оценивать реальную частоту дыхания и момент засыпания, оцениваемый по прекращения нажатия на кнопку. Регистрация с датчика 22 пульсоксиметра показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС) и напряжения кислорода (SpO2) и графическая визуализация этих показателей на экране позволяет пользователю оценивать эффективность воздействия ДД на состояние вегетативной нервной системы: увеличение ЧСС и увеличение содержания кислорода в крови.

После каждого сеанса, нажатия на кнопку, а также показатели пульсоксиметрии анализируются и визуализируются в виде графиков на дисплее 10 или экране смартфона 20, что позволяет видеть динамику физиологических показателей до, во время и после засыпании, а также определить длительность засыпания. Эти данные сохраняются в памяти смартфона 20 и могут отсылаться на облачный сервер. Данные о динамике засыпания по дням, пользователь может увидеть в любое время. Они сохраняются в памяти смартфона 20 и на облачном сервере, откуда может их можно вызвать при необходимости.

Преимуществом данного изобретения является комплексное использование объективной регистрации эффективности засыпания с помощью ДД. Представление пользователю объективных данных об эффективности этого метода на протяжении многих дней является мотивирующим фактором для продолжения его использования. Как показывает опыт, использование программ для реализации ДД без обратной связи об успешности воздействия на сон, у многих пользователей вызывает отказ от использования метода ДД. Аналогично, как регистрация и наглядная визуализация показателей сна обеспечивало широкое распространение фитнес браслетов. Однако ошибочность оценки сна у большинства фитнес браслетов вызывает отказ многих пользователей от их использования, так как используются только показания акселерометра о движениях тела пользователя, часто не связанные с моментом засыпания.

Способ реализуют следующим образом на примере компьютера (фиг. 1) или смартфона (фиг. 2). Пользователь, лежа в кровати, запускает программу со смартфона 20 и начинает осуществлять ДД с частотой звуковых стимулов, предъявляемых через громкоговоритель 3. Синхронно с вдохом пользователь нажимает на кнопку. На дисплее 10 или экране смартфона 20 высвечиваются: 1) кривые физиологических показателей регистрируемых пульсоксиметром пульсограмма, цифровые значения частоты сердечных сокращений (ЧСС) и содержание кислорода в крови (SpO2), 2) отметки подачи стимула, задающего ритм дыхания, 3) отметки нажатия на кнопку 5 или пульт 21 в момент вдоха и цифровое значение интервалом между нажатиями, которые соответствуют реальной частоте ДД.

Нажатие на кнопку имеет несколько функций: 1) отметка реальной частоты дыхания, 2) монотонная деятельность совместно с глубоким дыханием ускоряет засыпание, 3) прекращение нажатий на кнопку фиксирует момент засыпания (фиг. 3).

После окончания сеанса ДД, происходит автоматическое составление протокола засыпания. После каждого сеанса, показатели засыпания анализируются и визуализируются графически на экране смартфона, что позволяет увидеть динамику физиологических показателей до, во время и после засыпания. Эти данные сохраняются в памяти смартфона и отсылаются на облачный сервер. Данные о динамике засыпания по дням, пользователь может увидеть в любое, удобное для него время. Они сохраняются у него в памяти смартфона, и на удаленном сервере, откуда он может их вызвать при необходимости.

Возможна отдельная опция для начального этапа освоения программы и для обучения пользователя правильному ДД. Показывается небольшой обучающий видеоролик по ДД и описанию работы с программой. Визуализация этих показателей на экране помогает настроить пользователя на правильный режим дыхания и нажатия на кнопку. Используется обучающая программа по ДД в виде видео-аудио файла, причем в качестве средства объективного контроля параметров ДД используют акселерометр смартфона, размещаемый на теле субъекта. Можно подбирать индивидуальный ритм глубокого дыхания по максимальной синхронизации частоты сердечного пульса и частоты дыхания аналогично тому, как это реализуется в вышеприведенной системе для погружения (побуждения) субъекта в сон (WO 2009133517 A1, [NL]; KONINKL PHILIPS ELECTRONICS NY, 05.11.2009).

На этом этапе также отрабатывается правильность выполнения ДД животом, а не грудной клеткой, а также синхронность нажатия в момент начала дыхания. Для этого используют наличие в каждом смартфоне акселерометра. Положив смартфон на живот можно отработать правильно диафрагмальное дыхание. Результаты могут сохраняться в блоке 8 памяти компьютера (смартфона) с указанием: 1) длительности бодрствования; 2) параметров дремоты: начало дремоты и длительности дремотного состояния, от момента первой ошибки и до последнего нажатия, 3) прекращение нажатий на кнопку фиксирует момент засыпания. Эти результаты анализа сохраняются в памяти смартфона и могут отправляться на удаленный сервер.

Достижение технического результата обосновывается примерами реализации.

Пример 1. Больной Н., 45 лет, предъявляет жалобы на трудности засыпания. Ложится в постель в 23 ч., засыпает через 1-3 часа после выключения света. Засыпанию мешают «навязчивые мысли». Утром встает с постели в 07 ч., не чувствует себя отдохнувшим. В дневное время ощущает усталость, трудности сосредоточения. Частота нарушений сна 4 ночи в неделю.

Начало нарушений сна 6 недель назад после психотравмирующей ситуации (болезнь близкого человека).

Страдает гипертонической болезнью 4 года, хроническим поверхностным гастритом.

Рост 164 см., вес 70 кг.

Категорически отказывается использовать снотворные препараты для улучшения засыпания, так как считает, что может стать зависимым от них.

Пациенту было рекомендовано использовать патентуемую методику на основе смартфона.

Применяли режим с дробным снижением частоты дыхания с 10 до 5 раз в минуту в течение сеанса длительностью 30 минут. Ритм дыхания задавался со смартфона слабыми звуковыми щелчками, длительностью 100 мс и частотой 1000 Гц, надпороговой громкости. В течение 3 дней заметного эффекта улучшения сна не наблюдалось. Затем длительность сеанса постепенно увеличили на 15 мин., что к концу 1 недели привело к уменьшению длительности засыпания. Увеличение ЧСС, которое всегда наблюдается при ДД, к концу 2 недели стало более синхронизированным с ритмом дыхания 5 раз в минуту.

Рекомендовано заполнять дневник сна с указанием реального времени укладывания в постель, продолжительности засыпания, количества ночных пробуждений, времени утреннего пробуждения и оценки качества сна по 5-ти балльной шкале.

После применения в течение 1 недели на повторном приеме пациент отметил улучшение засыпания - по его мнению, теперь засыпает на 50% быстрее, чем раньше. Частота нарушений сна сохраняется прежней.

По данным дневника сна за 1 неделю отмечается увеличение индекса эффективности сна с 60% до 72%.

Рекомендовано продолжить использование комплекса на основе смартфона перед засыпанием. Обратиться к врачу повторно через 4 недели его применения.

Пример 2. Больная С., 37 лет, предъявляет жалобы на трудности засыпания (не может уснуть по 2-3 ч.), частые ночные пробуждения (3-4 раза за ночь) с трудностями последующего засыпания, отсутствие ощущения восстановления, свежести после ночного сна, ощущение слабости, усталости в дневное время. Частота нарушений сна 7 ночей в неделю.

Считает себя больной в течение 3-х лет, когда после психотравмирующей ситуации (ссора с любимым человеком) развились нарушения сна, повысилась эмоциональная возбудимость, стала вспыльчивой, конфликтной, плаксивой. Обращалась к психиатру, в течение 3 месяцев принимала пароксетин. На фоне лечения дневная возбудимость понизилась, однако нарушения сна сохранялись. Через 1 год повторила курс лечения в течение 6 мес.- отмечалось дальнейшее улучшение эмоционального состояния, однако сон улучшился незначительно (где-то на 20% по оценке пациентки). Настоящее ухудшение сна, развившееся 2 мес.назад связывает с очередным конфликтом с окружающими. Эпизодически (3-5 раз в неделю) для засыпания принимает препараты валерианы.

Хронические заболевания отрицает. Рост 168 см. Вес 65 кг.

Пациентке было рекомендовано использовать комплекс на основе смартфона перед засыпанием в следующем режиме - перед засыпанием и при длительных ночных пробуждениях.

Использовалась частота вдохов 5 раз в минуту, ритм дыхания задавался со смартфона слабыми звуковыми щелчками надпороговой громкости, длительностью 100 мс и частотой 1000 Гц. Длительность сеанса 30 минут. В течение 1 недели, заметного эффекта на длительность вечернего засыпания не наблюдалось. Однако, при ночных пробуждениях, использование комплекса эпизодически приводило к сокращению времени засыпания. Увеличение длительности сеанса до 50 минут к концу 2 недели привело к уменьшению длительности засыпания и уменьшению длительности и частоты ночных пробуждений. Увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС), наблюдаемое при глубоком дыхании, к концу 2 недели стало более синхронизированным с ритмом дыхания.

Также рекомендовано заполнять дневник сна с указанием реального времени укладывания в постель, продолжительности засыпания, количества ночных пробуждений, времени утреннего пробуждения и оценки качества сна по 5-ти балльной шкале.

После применения в течение 2 недель на повторном приеме пациентка отметила некоторое улучшение засыпания - где-то на 25%. Также стала реже просыпаться ночью (1-2 раза).

По данным дневника сна на 2 неделе использования методики отмечается увеличение индекса эффективности сна с 55% до 70%.

Рекомендовано продолжить использование аппаратно-программного комплекса на основе смартфона перед засыпанием. Обратиться к врачу повторно через 4 недели его применения.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о достижении технического результата - ускорение процесса засыпания с возможностью контроля стадий перехода от бодрствования к сну с использованием доступных и распространенных в быту средств коммуникации.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для контроля засыпания. Пациент осуществляет диафрагмальное дыхание (ДД) с частотой 5-6 раз в минуту. Пациенту дают задание каждый вдох ДД в момент подачи звукового стимула сопровождать нажатием на кнопку РВИ. Процесс засыпания контролируют по несинхронному нажатию на кнопку РВИ в ответ на звуковой стимул. Последнее нажатие на кнопку РВИ считают временем наступления сна. Способ обеспечивает ускорение процесса засыпания с возможностью контроля стадий перехода от бодрствования ко сну. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

1. Способ контроля засыпания, включающий генерирование звукового стимула для навязывания ритма поведения и регистрацию отклика субъекта, отличающийся тем, что в качестве ритма поведения субъекту используют диафрагмальное дыхание (ДД) с частотой 5-6 раз в минуту, а в качестве отклика - нажатие на кнопку регистратора временных интервалов (РВИ) между моментами подачи звукового стимула и откликом, при этом субъекту дается задание каждый вдох ДД в момент подачи звукового стимула сопровождать нажатием на кнопку РВИ, причем процесс засыпания контролируют по несинхронному нажатию на кнопку РВИ в ответ на звуковой стимул, а последнее нажатие на кнопку РВИ считают временем наступления сна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средство для генерирования звукового стимула и РВИ представляет собой персональный компьютер, при этом кнопка РВИ является клавиатурой ввода информации в компьютер.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средство для генерирования звукового стимула и РВИ представляет собой смартфон, при этом кнопка РВИ выполнена в виде бесконтактного пульта управления смартфоном.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ДД обучают посредством видео-, аудиофайла, причем в качестве средства объективного контроля параметров ДД используют смартфон, размещаемый на животе субъекта.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в качестве отклика субъекта регистрируют показания пульсоксиметра.