Тренажер для дыхательных упражнений

 

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники и может быть использовано для профилактики, лечения, диагностики и реабилитации различных заболеваний. Технический результат - улучшение метаболических и регуляторных процессов, повышающих устойчивость организма к физическим нагрузкам и снижающих негативный эффект острых и хронических стрессов. Устройство содержит дыхательную трубку, соединенную через клапанную коробку с дыхательными камерами, частично заполненными жидкостью. Каждая из дыхательных камер помещена на дно внешнего сосуда, сообщающегося через отверстие или зазор в крышке с атмосферным воздухом, и снабжена на нижней боковой поверхности расположенными в шахматном порядке в два-три ряда отверстиями диаметром, уменьшающимся от верхнего ряда к нижнему от 0,5 до 0,2 мм, общая площадь которых соответствует площади сечения дыхательной трубки и на 10-15% меньше площади выходного отверстия в крышке внешнего сосуда. Клапанная коробка снабжена воздушной камерой переменного объема. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

В настоящее время большое внимание уделяется так называемым безлекарственным методам лечения и укрепления здоровья и, в часности, различным методам дыхательных упражнений, хорошо зарекомендовавших себя в лечении не только бронхолегочных заболеваний, но и сердечно-сосудистой патологии, заболеваний почек, желудочно-кишечного тракта, хронических воспалительных процессов и т.д.

В связи с этим в России, странах ближнего и дальнего зарубежья большое распространение получили различного типа дыхательные тренажеры, позволяющие облегчить освоение дыхательных упражнений и способствующих существенному улучшению терапевтического эффекта.

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники и может быть использовано для профилактики, лечения, диагностики и реабилитации различных заболеваний, а также как устройство, активирующее адаптивные механизмы в организме, повышающее сопротивляемость и устойчивость к внешним альтерирующим факторам, как физиотерапевтическое устройство при лечении заболеваний органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем, хронических заболеваний органов желудочно-кишечного тракта, патологии костно-связочного аппарата, нервной и эндокринной систем, различных острых и хронических инфекционных процессов и т. д., для постоперационной реабилитации и восстановления здоровья у ослабленных пациентов и больных с тяжелыми заболеваниями, в валеологии - для улучшения качества жизни и в спортивной медицине - для улучшения метаболических и регуляторных процессов, повышающих устойчивость организма к физическим нагрузкам и снижающих негативный эффект острых и хронических стрессов.

Извстен дыхательный аппарат [1] (устройство для тренировки дыхательных мышц), содержащий дыхательную камеру, соединенную с дыхательной трубкой, через клапан вдоха - с нагрузочной камерой вдоха, снабженной инспираторным отверстием, а через клапан выдоха - с нагрузочной камерой выдоха, снабженной экспираторным отверстием; нагрузочные камеры снабжены пружинными нагрузочными элементами. Недостатками известного устройства являются сложность его эксплуатации, заключающаяся в необходимости калибровки каждого клапана аппарата при индивидуальном использовании, и невозможность использования для проведения ингаляций, а также отсутствие возможности диагностической оценки параметров выдыхаемого воздуха.

Известен дыхательный аппарат [2] (ингалятор Фролова), включающий внешний сосуд с отверстием для дыхательной трубки, в который помещен средний сосуд с отверстием для вдоха воздуха, коаксиально установленную в него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления в нижнем конце и соединенную с дыхательной трубкой. Основным недостатком известного устройства является отсутствие возможности раздельной регуляции нагрузки при вдохе и выдохе.

Известен дыхательный аппарата [3] (ингалятор "Боркал"), включающий дыхательную камеру, частично заполненную жидкостью и герметично закрытую крышкой, клапан выдоха гравитационного принципа действия, позволяющий создавать сопротивление на выдохе, дыхательную трубку, воздухозаборную распылительную трубку, соединенные с отверстиями в крышке, разноразмерные фартуки для регуляции объема дыхательной камеры, при этом нижний конец воздухозаборной распылительной трубки снабжен распылительным колпаком с отверстиями и погружен в жидкость. Возможность перемещения данной трубки по высоте обеспечивает разную глубину погружения в жидкость, изменяя тем самым сопротивление на вдохе в необходимых пределах. Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности индивидуального подбора сопротивления на выдохе, с другой стороны, нагрузка на вдохе зависит от высоты столба жидкости над нижним концом распылительной трубки, где объем наружной камеры существенно превышает объем внутренней камеры, что существенно ограничивает параметры регулировки, кроме того, нагрузка на выдохе зависит от силы сопротивления клапана потоку выдыхаемого воздуха, регулировка которого осуществляется ступенчато (так как зависит от веса тарируемых грузиков).

Наиболее близким к заявленному устройству, принятым за прототип, является дыхательный аппарат [4] (устройство для тренировки дыхательной мускулатуры), содержащий загубник, соединенный с трубопроводом, имеющим ветви вдоха и выдоха, который через клапанную коробку с размещенными в ней клапанами вдоха и выдоха соединен соответственно с камерой вдоха и камерой выдоха, снабженными гидравлическими многосекционными камерами, определяющими сопротивление вдоху и выдоху и сообщающимися с атмосферным воздухом, подогреватель вдыхаемой смеси, контролируемой термистором, электрически связанный через блок управления, и информационный блок с датчиком величины разрежения в трубопроводе на фазе вдоха.

Основными недостатками устройства являются: 1) наличие нескольких секций с жидкостью, обратными и прямыми клапанами создает условия возникновения неконтролируемых дополнительных исходных сопротивлений во время вдоха и выдоха; 2) затрудняется очистка устройства от выделений из дыхательных путей, т. к. конструкция имеет несколько секций и каждая секция снабжена перфораторами и клапанами; 3) в связи со сложностью устройства затрудняется дезинфекция частей аппарата, 4) многосекционность, наличие химических реагентов (пеногасители, антисептикии др.), электронных компонентов (термостатирование, контроль разрежения и пр.) делает устройство сложным для выполнения и дорогостоящим для индивидуального использования.

5) другим недостатком известного устройства является то, что у него отсутствует возможность создания эффекта гиперкапнии и регуляции объема возвратного воздуха.

Общим для всех аппаратов, взятых в качестве аналогов и прототипа, негативным моментом является отсутствие возможности оперативной смены режимов дыхания и тренировки, так как камеры работают только в одном режиме.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение оптимальных условий для раздельной регуляции сопротивления вдоху и выдоху, возможности мультирежимного использования как в качестве дыхательного тренажера, так и ингалятора (простого переключения дыхательных камер для лечебных, тренировочных и диагностических режимов), достижение максимальной аэрозольной ингаляции дыхательных путей растворами лекарственных веществ в моно- или двухкамерном режиме, возможности визуальной диагностики или контроля состава выдыхаемого воздуха, регуляции содержания углекислоты во вдыхаемом воздухе (изменение объема возвратного воздуха), упрощение и удешевление конструкции, обеспечение удобства в индивидуальном использовании.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство, содержащее дыхательную трубку с маской (или мандштуком), соединенную с тройником или клапанной коробкой (переменного или стандартного объема), в которой размещены 2 клапана, отличающиеся тем, что их можно переставлять для получения моно- или двухкамерного режима работы, соединенную с двумя раздельными герметичными дыхательными камерами, заполняемыми необходимым количеством жидкости для достижения нужного сопротивления (водяные затворы), отличается тем, что каждая из дыхательных камер, помещенных на дно отдельной внешней камеры, сообщающихся через отверстие в крышке с атмосферным воздухом, снабжены отверстиями по нижней боковой поверхности, расположенными в шахматном порядке в два-три ряда с диаметром отверстий, уменьшающихся от 0,5 до 0,2 мм, значительно улучшающих динамику ингаляционного процесса, так как жидкость во время выдоха или вдоха прежде всего достигает уровня крупных отверстий, дальнейшее повышение (при выдохе) или понижение (при вдохе) давления приведет к снижению уровня жидкости и продавливанию воздуха через более мелкие отверстия, это не только значительно улучшает динамику дыхательного процесса, но и увеличивает фазу формирования более мелких пузырьков воздуха, обладающих большим барботирующим эффектом из-за увеличения площади барботации.

Описание устройства Схема устройства показана на фиг.1 и фиг.2. Устройство включает маску 1 или мундштук для рта 2, дыхательную трубку 3, соединенную с тройником 4 или клапанной камерой 5, представляющей собой коаксиально входящие друг в друга стаканы (исполнение которой возможно также из набора различных по объему камер от 50 до 250 мл), клапанами 6 и 7, вставляемыми в патрубки (входы) камер 8 и 9, помещенных на дно внешних камер 10 и 11, сообщающихся через зазор 12 (или отверстие 13) в крышке 14 с атмосферным воздухом. На нижней боковой поверхности камер 8 и 9 на расстоянии 10 мм от дна расположены в два-три ряда в шахматном порядке отверстия 15, диаметр которых уменьшается от верхнего ряда к нижнему (от 0,5 до 0,2 мм), при этом общая площадь отверстий должна быть на 10-15% меньше выходного отверстия наружной камеры и соответствовать площади сечения дыхательной трубки. Направление отверстий может быть либо горизонтальным, либо вертикальным при ступенчатом исполнении нижней части дыхательных камер.

Наружные камеры выполняются в виде двух раздельных или одного большого стакана с герметичной перегородкой, с выдавленными (или нанесенными снаружи) объемными метками для визуализации наливаемой в камеры жидкости в мл или см водного столба. Тройник 4 (или клапанная камера 5), клапаны 6 и 7, дыхательные 8 и 9 и внешние 10 и 11 камеры выполнены из прозрачной, экологически чистой (пищевой) и химически нейтральной пластмассы. При этом необходимо соблюдение условия, чтобы объемы жидкости, находящейся в дыхательной и внешней камеры, были равны. В случае выполнения клапанной камеры стандартного размера регуляция объема возвратного воздуха (для создания гиперкапнии) может осуществляться тем, что устройство помещается во внешнюю дополнительную емкость объемом 1,0 или 2,0 л, при этом более точная регулировка проводится водой, которая используется также для подогревания ингалируемой жидкости во внешней камере.

Дыхательные камеры 8 и 9 имеют полуцилиндрическую или цилиндрическую форму с объемом от 100 до 150 мл соответственно, как и внешние камеры 10 и 11 объемом от 200 до 300 мл. Высота столба жидкости в них может варьировать в пределах от 1 до 8 см. Клапаны вдоха и выдоха могут быть выполнены либо с эластичными лепестками или с пластмассовыми шариками, перекрывающимися в момент вдоха или выдоха. Клапаны выполнены так, что их можно переставлять, меняя направление вдоха или выдоха, обеспечивая тем самым работу аппарата в моно- (вдох через одну камеру, выдох через другую) или двухкамерном режиме (вдох или выдох через обе камеры одновременно).

Способ работы устройства В начале производится заливка необходимого количества воды, лекарственного или диагностического раствора во внешние камеры 10 и 11, после чего в них вставляются дыхательные камеры 8 и 9, после чего они закрываются крышкой 14, в патрубки дыхательных камер вставляется клапанная коробка или тройник, где расположены клапана, при этом необходимо проследить за правильностью их установки, чтобы клапан вдоха работал в камере с необходимым количеством воды, так же как и клапан выдоха. Затем к клапанной коробке подсоединяется дыхательная трубка с мундштуком или маской, последняя прижимается к лицу тесемками, ремешком или резиновой лентой через голову. Прибор устанавливается горизонтально (для согревания ингалируемой жидкости прибор может быть помещен в емкость с теплой или горячей водой). После чего приступают к выполнению дыхательных упражнений, лечебной процедуры или того и другого одновременно. При использовании мундштука дыхание осуществляется через рот, при этом, изменяя количество воды во внешних камерах, независимо можно регулировать нагрузку на вдохе и выдохе. Увеличение количества воды в той или другой внешней камере повышает нагрузку, а ее уменьшение ведет к снижению сопротивления. Применение маски позволяет включать в лечебный и тренировочный процесс дыхание через нос, осуществляя по мере необходимости вдох и выдох только носом; вдох носом, а выдох ртом или наоборот.

В зависимости от выбранного режима дыхательных упражнений клапаны могут быть установлены для осуществления вдоха через обе камеры одновременно, что позволяет с большой эффективностью использовать ингаляционный эффект, с одной стороны, и, с другой, проводить контрольные и диагностические процедуры качества лечения или тренировок, наливая в камеру(ы) выдоха специальные растворы, изменение цвета которых свидетельствует о тех или иных процессах, происходящих в организме человека.

Предлагаемый тренажер для дыхательных упражений, сохраняя положительные свойства упомянутых аналогов и прототипа, обладает более широкими функциональными возможностями в качестве тренажера дыхания с обеспечением раздельного и более оптимального регулирования сопротивлению вдоху и выдоху, получения гипоксического или гиперкапнического эффекта - изменением соотношения времени вдоха и выдоха, за счет поверхностного дыхания или регулирования возвратного объема воздуха, остающегося в мертвом объеме прибора либо дополнительной внешней емкости. Кроме того, использование режима вдоха и выдоха через обе камеры позволяет применять несколько лечебных растворов с несмешивающимися лекарственными препаратами, а применение камеры выдоха в моно- или двухкамерном режиме дает возможность проводить диагностические и контролирующие наблюдения за эффективностью лечения или качеством тренирующего эффекта.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1801469, "Устройство для тренировки дыхательных мышц", авторы Зародин Н.В., Зародин А.Н., Зародин И.Н., МПК А 61 Н 31/02, 1993 г.

2. Патент РФ 2129884, Ингалятор "Боркал", авторы и заявители Борков П.Т, Калмыков В.М., МПК А 61 М 15/00, 1999 г.

3. Патент РФ 1790417, "Ингалятор Фролова", авторы Фролов В.Ф., Кустов Е. В., МПК А 61 М 15/02, 1993 г.

4. Авторское свидетельство СССР 1457929, "Устройство для тренировки дыхательной мускулатуры", авторы Мелай А.М., Хадарцев А.А., Исаев А.И., МПК А 61 Н 31/02, 1989 г.

Формула изобретения

1. Тренажер для дыхательных упражнений, содержащий дыхательную трубку, соединенную через клапанную коробку с дыхательными камерами, частично заполненными жидкостью, отличающийся тем, что каждая из дыхательных камер помещена на дно отдельной внешней камеры, сообщающейся через отверстие или зазор в крышке с атмосферным воздухом, и снабжена на нижней боковой поверхности расположенными в шахматном порядке в два-три ряда отверстиями диаметром, уменьшающимся от верхнего ряда к нижнему от 0,5 до 0,2 мм, общая площадь которых соответствует площади сечения дыхательной трубки и на 10-15% меньше площади выходного отверстия в крышке внешней камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапанная коробка содержит одно- или разнонаправленные клапаны вдоха и выдоха.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объемы жидкости, находящейся в дыхательной и внешней камерах, равны друг другу.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дыхательные и внешние камеры выполнены из прозрачного материала, на боковые стенки внешних камер нанесены метки объема или высоты столба жидкости.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что клапанная коробка снабжена воздушной камерой переменного объема.

6. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что клапанная коробка выполнена в виде тройника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2