Способ получения и подачи гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смесей для проведения лечебных процедур и устройство для его осуществления
Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии. Получают гипоксическую и гипероксическую смеси для проведения лечебных процедур, для чего осуществляют сжатие атмосферного воздуха, его последующую фильтрацию, влагоотделение и разделение путем пропускания через сепаратор, выполненный из половолокнистой полимерной мембраны. Далее потребителю для лечебных процедур в дыхательную маску попеременно подают гипоксическую и гиперкапнически-гипероксическую смеси, обеспечивая впуск поступающей из сепаратора смеси и выпуск выдыхаемого пациентом воздуха. Сжатие атмосферного воздуха осуществляют после его смешивания с поступающим из дыхательной маски выдыхаемым пациентом воздухом. Устройство для осуществления способа включает последовательно установленные в корпусе компрессор, систему подготовки воздуха, выполненную в виде теплообменника со сборником конденсата, газоразделительный мембранный модуль, выполненный в виде набора групп единичных элементов мембран, помещенных в кожухе, снабженном штуцерами для поступления атмосферного воздуха, вывода гипоксической смеси и гиперкапнически-гипероксической смеси; увлажнитель, ресиверы, блок подключения к пациенту, содержащий дыхательную маску с впускными и выпускным клапанами и средство контроля состояния пациента, включающее газоанализатор кислорода и пульсоксиметр; систему подвода гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси, снабженную автоматически переключающимися клапанами, обеспечивающими подвод гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси к пациенту и отвод выдыхаемого воздуха, а также систему управления, характеризуется тем, что выпускной клапан дыхательной маски соединен шлангом в месте выхода из маски выдыхаемого воздуха со штуцерами для поступления атмосферного воздуха в компрессор, который снабжен устройством для регулирования поступающего в него потока газовой смеси. Система подготовки воздуха снабжена быстросъемным фильтром для поглощения вредных примесей и микроорганизмов, содержащихся в выдыхаемом воздухе, а полые волокна мембранного модуля изготовлены из высокоселективного к кислороду и углекислому газу полимера - полиимида. Способ позволяет одновременно получить гипоксическую и гипероксическую смеси с повышенной концентрацией в последней углекислого газа без переключения направления потока входящей струи атмосферного воздуха, получить в подаваемой пациенту гипероксической смеси концентрацию углекислого газа в пределах 1-5 об.% и кислорода - в пределах 21-38 об.%, снизить потерю гипоксической и гипероксических смесей, а также углекислого газа в процессе проведения лечебных процедур. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к медицинской технике и может найти применение в практической медицине для получения гипоксических газовых смесей с пониженным содержанием кислорода, используемых для проведения нормобарической интервальной гипоксической тренировки, а также гипероксических смесей с повышенным содержанием кислорода, используемых, в первую очередь, для сочетанного метода нормобарической гипо- и гиперокситерапии с применением углекислого газа, оказывающим расширяющее действие на кровеносные сосуды и таким образом предупреждающим развитие гипертонической болезни и в итоге - развитие ишемического инсульта.
Важным направлением в практической медицине, связанной с немедикаментозными методами лечения, профилактики и реабилитации, является применение нормобарической интервальной гипоксической и гипероксической тренировки с использованием гипоксических газовых смесей с пониженным, на уровне 9-16 объемных % содержания кислорода и гипероксических газовых смесей с повышенным содержанием кислорода в диапазоне 30-38 объемных %.
Гипоксия вызывает разнообразные адаптивные реакции на тканевом, клеточном и молекулярном уровнях. Гипоксибаротерапия широко используется в клинической медицине, но конкретные механизмы стимулирующего и позитивного ее действия до сих пор неизвестны. Экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют, что адаптация организма к гипоксии приводит к включению срочной реакции, которая может обеспечить постоянство внутренней среды на кратковременный период. Длительная тренировка к гипоксии индуцирует возникновение долговременной адаптационной реакции с перестройкой кровообращения, дыхания, системы транспорта кислорода, повышает эффективность использования кислорода тканями организма. В связи с этим является перспективным создание средств индукции системных механизмов адаптации к гипоксии, позволяющих повысить эффективность использования кислорода в тканях.
С другой стороны, кратковременное дыхание гиперкапнически-гипероксической газовой смесью способствует более эффективному по сравнению с чисто гипероксической смесью восстановлению функций внешнего дыхания и кислотно-основного состояния крови за счет большего накопления метаболического углекислого газа в тканях и быстрой нормализации буферной емкости крови. Кратковременное дыхание газовой смесью, содержащей, например, 1% CO2+34% O2, можно применять для быстрой нормализации функций внешнего дыхания и кислотно-основного состояния крови как средство ускоренного восстановления организма после значительных физических нагрузок. Результаты исследований (Найдич С.И. Изучение эффективности газовых смесей для восстановления функций внешнего дыхания. Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». Том 22 (61), 2009, №1, с. 59-63) свидетельствуют о том, что применение газовой смеси с повышенным содержанием углекислого газа более целесообразно, чем использование только кислородосодержащей смеси, поскольку приводит не только к ликвидации кислородного долга, но и к накоплению метаболической углекислоты в тканях, что ускоряет процессы восстановления внешнего дыхания и организма в целом. При недостаточной концентрации углекислого газа в крови кислород излишне прочно связывается с гемоглобином и уже не может в нужный момент отделиться от эритроцитов. В этом случае проникновение кислорода в клетки тканей из крови уменьшается в несколько раз. Клетки начинают испытывать значительный кислородный голод даже при высокой насыщенности крови кислородом.
Давно известно, что естественным вазодилататором, оказывающим расширяющее действие на кровеносные сосуды, является находящийся в крови углекислый газ. Именно поэтому причиной артериальной гипертонии, т.е. нахождения артериол в постоянно суженном состоянии, является недостаточная концентрация в артериальной крови вещества, естественным образом предотвращающего избыточное сужение артериол - естественного вазодилататора (сосудорасширителя) - углекислого газа CO2.
Этим объясняется эффект Вериго-Бора, открытого в конце XIX века (см., например, Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х томах. Том 1. М., Мир, 1985, 367 с., с. 208-210). Указанный эффект проявляется в том, что усвоение организмом попадающего в него через легкие кислорода зависит от содержания в нем (организме) углекислого газа CO2. Чем больше в организме (в крови) CO2, тем больше O2 (по артериям и капиллярам) доходит до клеток и усваивается ими. При этом организм для прекращения кислородного голодания начинает предпринимать интенсивные действия по удержанию углекислого газа, так как он необходим клеткам для нормального усвоения кислорода. Для этого осуществляется рефлекторный спазм (сжатие) сосудов, с целью уменьшения кровотока, и соответственно потери углекислого газа, который кровь уносит к газообменным поверхностям легких и кожи. Такой сосудистый спазм может охватывать весьма обширные зоны человеческого организма.
Вследствие уменьшения концентрации кислорода в газовой смеси, поступающий в аппарат, а также в результате использования высокоселективных волокон возрастает поток гипоксической смеси в устройстве. Это приводит к снижению капитальных и текущих затрат на лечение пациентов.
Для получения гипоксических и гипероксических газовых смесей разработан ряд способов и устройств, которые применяются на практике.
Известен способ получения гипоксической смеси с пониженным содержанием кислорода, включающей смешение азота особой чистоты, находящегося под давлением 12,0-15,0 МПа, с атмосферным воздухом в эжекторе до содержания кислорода в смеси 10-13 об. % (см. патент РФ №2070063, МПК A61M 16/00, опубл. 10.02.1996). Основными недостатками указанного способа являются недостаточно стабильный состав гипоксической смеси, достаточно узкий диапазон содержания кислорода в получаемой смеси (10-13 об. %), что затрудняет обеспечение индивидуального подбора состава гипоксической смеси для каждого пациента в зависимости от вида заболевания, а также высокая трудоемкость реализации способа, вызванная необходимостью регулярной доставки и подключения к системе получения гипоксической смеси большого количества баллонов со сжатым азотом, сложность аппаратурного хозяйства из-за необходимости использования баллонов под давлением 12,0-15,0 МПа, представляющих собой источник повышенной опасности.
Известен способ получения гипоксической смеси для прерывистой нормобарической терапии (см. патент РФ №2070063, МПК A61M 16/00, опубл. 10.02.1996), предусматривающий сжатие атмосферного воздуха в компрессоре до 0,2-1,0 МПа, его прокачку через мембрану из полых полимерных волокон на основе поли-4-метилпентена-1 с толщиной стенки волокна 8-25 мкм и его внутренним диаметром 10-30 мкм, с последующей подачей полученной смеси в дыхательную маску пациента.
Недостатками указанного способа являются: низкая производительность по выходу гипоксической смеси; отсутствие возможности получить гипероксическую смесь с углекислым газом; недостаточная селективность используемого в мембране полимера.
Из патента РФ №2289432 (МПК A61M 16/00, опубл. 20.12.2006) известен способ получения гипоксических и гипероксических смесей, предусматривающий разделение поступающего потока воздуха путем применения кислородного концентратора на два потока - гипоксическую и гипероксическую смеси. Гипероксическая смесь формируется с содержанием кислорода до 30%. В дыхательную маску пациента через гипоксический и гипероксический подающие каналы тройника последовательно осуществляют подачу гипоксической и гипероксической смесей, а отвод выдыхаемого пациентом воздуха - через соответствующий отводящий канал. Указанный способ характеризуется рядом существенных недостатков: он не предусматривает получение гипероксических смесей, содержащих углекислый газ с концентрацией 3-5%, возможность получения гипероксической смеси с концентрацией кислорода до 36%.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является способ получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, включающий сжатие атмосферного воздуха, его последующую фильтрацию, влагоотделение и разделение путем пропускания через сепаратор, выполненный из половолокнистой полимерной мембраны с дальнейшей подачей гипоксической или гипероксической смеси потребителю в качестве целевых продуктов (см. патент РФ №2043124, МПК A61M 16/00, опубл. 10.09.1995).
К недостаткам известного способа следует отнести невозможность одновременного получения гипоксической и гипероксической смесей с повышенной концентрацией в последней углекислого газа, поскольку подачу дыхательной смеси пациенту осуществляют через дыхательную маску только по одному каналу, а переключение подачи гипоксической на гипероксическую смесь осуществляют путем технологически сложного переключения подачи исходного воздуха в мембранном сепараторе от внутренней полости волокнистой мембраны к подаче в замембранное пространство сепаратора; указанное обстоятельство существенно замедляет процесс лечебной процедуры и ее эффективность; существенно недостаточную эффективность лечебных процедур вследствие принудительного удаления из гипероксического компонента продукта газоразделения углекислого газа; низкую эффективность использования продуктов газоразделения, поскольку целевым продуктом в известном способе является только один компонент (либо гипоксическая, либо гипероксическая смесь), второй продукт газоразделения при этом либо сбрасывают в атмосферу, либо подают на лечебную процедуру другому пациенту.
Техническими задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются: одновременное получение гипоксической и гипероксической смесей с повышенной концентрацией в последней углекислого газа без переключения направления потока входящей струи атмосферного воздуха, получение в подаваемой пациенту гипероксической смеси концентрации углекислого газа в пределах 1-5 об. % и кислорода - в пределах 21-38 об. %; снижение потерь гипоксической и гипероксических смесей, а также углекислого газа в процессе отпуска лечебных процедур.
Указанные технические задачи решаются тем, что в способе получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, включающем сжатие атмосферного воздуха, его последующую фильтрацию, влагоотделение и разделение путем пропускания через сепаратор, выполненный из половолокнистой полимерной мембраны, с дальнейшей подачей гипоксической или гипероксической смеси потребителю в качестве целевых продуктов, подачу гипоксической или гипероксической смеси для лечебных процедур осуществляют попеременно в дыхательную маску пациента, обеспечивающую впуск поступающих из сепаратора смесей и выпуск выдыхаемого пациентом воздуха, а сжатие атмосферного воздуха осуществляют после его смешивания с поступающим из дыхательной маски выдыхаемым пациентом воздухом.
Наилучшим техническим результатом предлагаемого способа является возможность комплексного использования гипероксической смеси с углекислым газом, извлеченным из выдыхаемого пациентом воздуха методом селективного разделения на мембране, изготовленной их высокоселективного полимера - полиимида, характеризующегося следующей структурной формулой:
где X:
Вышеуказанный полиимид обладает коэффициентом селективности по паре кислород - азот, равным 9,2, что более чем в 2 раза превышает селективность других полимеров.
Предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности выработки гипоксической смеси, что приводит к снижению издержек на его реализацию, включая энергозатраты. Он обеспечивает также повышенную концентрацию кислорода в гипероксической смеси и наличие в ней повышенной концентрации углекислого газа за счет избирательной селективной диффузии углекислого газа и кислорода через полимерную мембрану.
Вследствие использования в предлагаемом способе полых волокон, изготовленных из полиимида приведенной структуры, обладающего высокой селективностью к кислороду и углекислому газу, в 1,5 раза превышающей соответствующие характеристики известных мембран, соответственно увеличивается поток и концентрация кислорода и углекислого газа в гипероксической среде. При этом концентрация углекислого газа увеличивается до значений в диапазоне от 1% до 5%, а кислорода - от 21% и до 38%, т.е. достигается оптимальный газовый состав, оказывающий на организм человека наибольшее положительное влияние.
Предлагаемый способ для получения гипоксической и гипероксической смеси реализуется при помощи изобретения, объектом которого является представленное ниже устройство.
Известно устройство для получения гипоксической и гипероксической газовой смеси для гипокситерапии, содержащее последовательно соединенные компрессор, газоразделительный элемент, выполненный на основе полых полимерных волокон, трубопровод с расходомером, увлажнителем и средством подсоединения к пациенту, а также систему регулирования параметров режима со средством контроля состояния пациента (авторское свидетельство СССР №1526688, МКИ A61G 10/00, опубл. 07.12.1989). Основным недостатком этого устройства является невозможность строгой дозировки концентрации кислорода в гипоксических и гипероксических смесях, что снижает эффективность гипокситерапии.
Известно также устройство для получения гипоксической и гипероксической смеси, включающее последовательно соединенные компрессор, газоразделительный элемент, выполненный на основе полых полимерных волокон, трубопровод с расходомером, увлажнителем и фильтром, средство подсоединения к пациенту, выполненное в виде маски с клапанами для дыхания, а также систему регулирования параметров режима дыхания гипоксическими и гипероксическими смесями (Европатент №0472799, опубл. 1992).
Основным недостатком этого устройства является невысокая производительность, что не позволяет обеспечивать газопроизводительность более 20 л/мин на каждого пациента и снижает эффективность его использования, а также недостаточная надежность устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является изобретение по патенту РФ №2301686 (МКПО A61M 16/00, опубл. 27.06.2007), представляющее собой устройство для осуществления способа получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, включающее последовательно установленные в корпусе компрессор, систему подготовки воздуха, выполненную в виде теплообменника со сборником конденсата, газоразделительный мембранный модуль, выполненный в виде набора групп единичных элементов мембран, помещенных в кожухе, снабженном штуцерами для поступления атмосферного воздуха, вывода гипоксической смеси и гипероксической смеси, увлажнитель, ресиверы, блок подключения к пациенту, содержащий дыхательную маску с впускными и выпускным клапанами и средство контроля состояния пациента, систему подвода гипоксической и гипероксической смеси, снабженную автоматически переключающимися клапанами, обеспечивающими подвод гипоксической и гипероксической смеси к пациенту и отвод выдыхаемого воздуха.
Недостатками прототипа являются:
- невысокая производительность по гипоксической смеси;
- невозможность использования сочетанного метода, основанного на комплексном применении гипероксической смеси с углекислым газом, который резко улучшает усвоение кислорода организмом, повышая активность действия гемоглобина.
Техническими задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение в части устройства, является обеспечение высокой производительности устройства по гипоксической смеси, а также возможность использования сочетанного метода, основанного на комплексном применении гипероксической смеси с углекислым газом.
Решение этой проблемы, основанное на применении баллонов с углекислым газом, неприемлемо. Такое решение связано с большими затратами на содержание баллонного склада и транспортировку баллонов, что не обеспечивает автономность работы аппарата.
Содержащийся в воздухе углекислый газ с концентрацией 0,03-0,04% не может быть использован из-за его низкого содержания.
Кроме того, при применении сочетанного метода необходимо регулировать концентрацию углекислого газа в определенном интервале 3-4%. За пределами этого концентрационного интервала эффективность лечения существенно снижается и может привести к негативным последствиям.
Указанные технические задачи решаются тем, что в известном устройстве для осуществления способа получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, включающем последовательно установленные в корпусе компрессор, систему подготовки воздуха, выполненную в виде теплообменника со сборником конденсата, газоразделительный мембранный модуль, выполненный в виде набора групп единичных элементов мембран, помещенных в кожухе, снабженном штуцерами для поступления атмосферного воздуха, вывода гипоксической смеси и гипероксической смеси, увлажнитель, ресиверы, блок подключения к пациенту, содержащий дыхательную маску с впускными и выпускным клапанами и средство контроля состояния пациента, включающее газоанализатор кислорода и пульсоксиметр, систему подвода гипоксической и гипероксической смеси, снабженную автоматически переключающимися клапанами, обеспечивающими подвод гипоксической и гипероксической смесей к пациенту и отвод выдыхаемого воздуха, а также систему управления, выпускной клапан дыхательной маски соединен шлангом в месте выхода из маски выдыхаемого воздуха со штуцерами для поступления атмосферного воздуха в компрессор, который снабжен устройством для регулирования поступающего в него потока газовой смеси, система подготовки воздуха снабжена быстросъемным фильтром для поглощения вредных примесей и микроорганизмов, содержащихся в выдыхаемом воздухе, а полые волокна мембранного модуля изготовлены из высокоселективного полимера полиимида.
В описываемом устройстве набор единичных элементов мембран может быть выполнен в виде набора полых волокон, селективных к кислороду и углекислому газу.
Быстросъемный фильтр может быть выполнен в виде кассеты, представляющий собой бактерицидный фильтр, последовательно соединенный с адсорбционным фильтром.
Устройство для регулирования потока газовой смеси, поступающей в компрессор, и концентрации углекислого газа может быть выполнено в виде диафрагмы, автоматически изменяющей диаметр проходного сечения и связанной с системой управления, реагирующей на сигнал датчика содержания углекислого газа в гипероксической смеси.
Техническим результатом использования предлагаемого устройства является возможность комплексного использования гипероксической смеси с углекислым газом, извлеченным из выдыхаемого пациентом воздуха методом селективного разделения на мембране. При этом устройство обеспечивает автоматическое регулирование концентрации углекислого газа в гипероксической смеси.
Кроме этого, обеспечивается повышение производительности устройства по гипоксической смеси, что приводит к снижению его стоимости, массогабаритных характеристик и удельных затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что вследствие особенностей конструктивного выполнения устройства выдыхаемый пациентом воздух выходит не в атмосферу, как в известных устройствах, а подается на всасывающий патрубок компрессора, где он смешивается с атмосферным воздухом, очищается от бактерий и от вредных микропримесей, после чего сжатая в компрессоре смесь с увеличенной исходной концентрацией углекислого газа поступает в мембрану и за счет избирательной селективной диффузии углекислого газа и кислорода последние проникают через мембрану в гипероксическую смесь.
Таким образом, в гипероксической смеси концентрируется кислород и углекислый газ. Как показали экспериментальные исследования, концентрация углекислого газа увеличивается с 1% до 5%, а кислорода до 30%-38%, т.е. достигается оптимальный газовый состав, оказывающий на организм человека наибольшее положительное влияние.
Когда же, наоборот, углекислый газ в крови оказывается в избытке и дальнейшее наращивание его концентрации начинает тормозить активность передачи гемоглобином кислорода в клетки, то сосудистые русла резко расширяют свои просветы, чтобы как можно быстрее вынести излишки углекислого газа к газообменным поверхностям кожи и легких и удалить их из организма.
Современные исследования позволили сделать однозначный вывод о причине постоянного спазма микрососудов - это утеря организмом способности постоянно поддерживать в артериальной крови содержание углекислого газа, близкое к норме (у молодых и здоровых людей в крови 6-6,5% - давно известная физиологическая аксиома). И с возрастом человеческий организм теряет способность поддерживать в артериальной крови нормальное содержание углекислого газа, играющего роль естественного спазмолитика. Основной задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является восполнение недостаточного количества углекислого газа в крови для предупреждения развития гипертонической болезни и в итоге предупреждения ишемического инсульта.
Кроме спазматических сосудистых реакций на нарушение оптимального баланса кислород - углекислый газ во всем организме изменяется еще и кислотно-щелочной баланс (pH). В результате этого все биохимические реакции начинают искажаться и протекать неверно, при этом конечные продукты жизнедеятельности клеток становятся более токсичными, да еще и удаляются из тканей не полностью. Отсюда происходит зашлакованность клеток токсичными продуктами искаженного метаболизма, начинаются болезни, связанные с нарушением обмена веществ (диабет, тяжелые аллергии и т.п.).
Таким образом, выдыхаемый человеком углекислый газ следует воспринимать как жизненно важный агент, концентрация которого в легких должна поддерживаться в необходимых пределах.
Новейшие экспериментальные данные показали, что при концентрации углекислого газа в крови в интервале от 3% до 5% существенно улучшается усвоение кислорода и биохимические реакции протекают идеально. Таким образом, данный интервал является оптимальным.
Регулирование концентрации углекислого газа осуществляют путем изменения величины потока выдыхаемого воздуха, поступающего на всасывающий патрубок компрессора за счет автоматического изменения проходного сечения диафрагмы, вмонтированной в трубку подачи выдыхаемого воздуха. Сечение диафрагмы изменяется от сигнала датчика углекислого газа, расположенного в потоке гипероксической смеси. При превышении концентрации углекислого газа из системы управления поступает сигнал об уменьшении сечения диафрагмы.
Регулирование концентраций углекислого газа и кислорода дает возможность расширить диапазон востребованных пациентов в зависимости от диапазона заболевания.
Состав выдыхаемого воздуха включает 17% кислорода, около 3% углекислого газа, остальное - азот, в то время как в атмосферном воздухе кислорода содержится 20,9%.
Следовательно, используя выдыхаемый воздух с более низким содержанием кислорода, возможно увеличить в 1,5 раза больший расход гипоксической смеси, чем в прототипе, а это означает, что соответственно снижается стоимость прибора, его массогабаритные характеристики и удельные энергозатраты в сравнении с прототипом.
Применяемые быстросъемные фильтры обеспечивают очистку поступающего воздуха в мембранный элемент от бактерий и вредных примесей, причем замену фильтров возможно производить за короткое время.
Обеспечение сочетанного применения гипоксических и гипероксических газовых средств с углекислым газом с определенным интервалом подачи их в дыхательную маску решается путем включения в конструкцию аппарата системы подвода к маске гипоксических и гипероксических смесей, снабженной автоматически переключающимися клапанами, обеспечивающими подвод гипоксической и гипероксической смеси в маску по определенному запрограммированному в системе управления временному режиму подачи газа, а также использование углекислого газа из выдыхаемого воздуха, подаваемого с регулируемым потоком на вход компрессора по датчику углекислого газа в гипероксической смеси.
Решение этой задачи позволяет осуществить проведение оптимального временного интервала гипоксических и гипероксических смесей. Оптимальная длительность для гипоксического воздействия - 5 минут, для гипероксических интервалов - 5 минут, количество серий в сеансе - 4-6.
Выбор содержания кислорода в гипоксической смеси обосновывается тем, что во время вдыхания гипоксической смеси насыщение артериальной крови кислородом и напряжение в ней кислорода должны быть ниже критического уровня не более чем на 2-4 мм рт.ст. Субкомпенсированная и тканевая гипоксия начинает только развиваться и ее повреждающее действие на клетки и их структурные элементы невелико, но уже проявляется ее стимулирующее действие на тканевые механизмы компенсации гипоксии (ускорение синтеза дыхательных ферментов и ферментов, участвующих в биосинтезе строительных белков).
После соответствующего курса процедур гипоксия из субкомпенсированной переходит в компенсированную, более экономичной становится функция дыхания, повышается потребление кислорода, что говорит об эффективности курса.
Одним из факторов увеличения резистентности функциональных систем к повреждающим агентам является адаптационный сигнал, поскольку адаптационный сигнал при периодическом действии гипоксии-гипероксии опосредован периодической активацией скомпенсированного свободнорадикального сигнала, индуцирующего синтез защитных систем клетки.
Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение силы свободнорадикального сигнала не за счет интенсивности гипоксического воздействия, а за счет гипероксического компонента с дополнительным содержанием углекислого газа.
С этой целью на основе результатов изучения механизмов действия периодической гипоксии или гипероксии был использован новый метод нормобарической интервальной гипоксической тренировки, сочетающей периоды гипоксии и гипероксии с углекислым газом. При этом методе достижение резистентности функциональных систем организма было осуществлено за счет применения в качестве фактора адаптации периодического воздействия газовой среды с различным уровнем кислорода как ниже, так и выше нормоксического уровня, т.е. попеременное сочетание гипоксии и гипероксии.
При этом выяснилось, что адаптация к сочетанному применению гипоксии и гипероксии с углекислым газом обладает выраженным защитным эффектом и адаптационный эффект достигается значительно раньше, чем при использовании для адаптации только периодов гипоксии. По результатам проведенных исследований был установлен оптимальный интервал концентрации углекислого газа - 5%.
Это и определяет новизну и изобретательский уровень предлагаемых технических решений по сравнению с предыдущим техническим уровнем медицинской техники. Неправильный выбор величины временного интервала и концентрации углекислого газа может резко снизить положительный лечебный эффект либо привести к отрицательному воздействию на организм человека.
Автоматизированная подача гипоксической и гипероксической смеси с углекислым газом позволяет также обеспечить комфортность процедуры, особенно при сочетании гипо- и гиперокситерапии с другими методами лечения. Дыхательная маска находится в одном положении как во время гипоксических воздействий, так и во время гипероксических. Пациенту нет необходимости все время находиться в ожидании звукового и светового сигнала и попеременно использовать дыхательную маску. За счет автоматического переключения клапанов к маске может подаваться гипоксическая смесь, а затем гипероксическая с углекислым газом.
При вдохе смесь направляется через регулируемую диафрагму на патрубок всасывания компрессора и тем самым обеспечивается снабжение гипероксической смеси углекислым газом.
Предложенное устройство поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 - устройство для получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, схематическое изображение в разрезе;
фиг. 2 - устройство для получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, схематическое изображение - вид сзади;
фиг. 3 - устройство для получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, принципиальная функциональная схема;
фиг. 4 - устройство для получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей для проведения лечебных процедур, принципиальная схема приборной панели.
Устройство для получения и подачи гипоксической и гипероксической смесей на лечебные процедуры состоит из корпуса 1, в котором располагается компрессор 2, мембранный модуль 3, выполненный на основе полых газоразделительных полимерных волокон, изготовленных из высокоселективного полиимида со структурной формулой, приведенной выше в тексте настоящего описания изобретения, теплообменников 4, вентиляторов 5 для общего охлаждения устройства, газоанализаторов 6 и 7 для определения концентрации соответственно кислорода и углекислого газа 7, клапанов 8, 9, 10, 11 и запорной арматуры 12, 13 для регулирования слива конденсата, соединенных в определенном порядке с составляющими элементами аппарата быстросъемными пластиковыми шлангами, двух навесных ресиверов оболочечного типа 14, 15 соответственно под гипоксические и гипероксические смеси, пульсоксиметра 16 с датчиком для крепления на пальце пациента, комплекта дыхательной маски 17 с воздуховодами и системы автоматического управления 18 с выводом всей информации на компьютер. Система управления по датчику углекислого газа посредством изменения проходимого сечения диафрагмы 19, вмонтированной в трубопровод выдыхаемого воздуха 20, позволяет поддерживать концентрацию углекислого газа в гипероксической смеси в заданном интервале. Вентилем тонкой регулировки 21 устанавливается необходимая концентрация кислорода в гипоксической смеси.
На передней стороне корпуса 1 размещена приборная панель с органами контроля и управления устройством: клавиша запуска устройства 23, вентиль 21 тонкой регулировки для установки расхода (концентрации) кислорода в смеси, дисплеи 24 и 25 датчиков соответственно концентрации кислорода в гипоксической смеси и концентрации углекислого газа в гипероксической смеси; шкала ротаметра 26, позволяющая визуально оценить величину расхода и концентрацию кислорода в смеси; тумблер и дисплей 27 системы управления, дисплей пульсоксиметра 16, отображающий показатели состояния пациента - пульс и концентрацию кислорода в крови; два светодиода 28, сигнализирующих об активности ресиверов.
Устройство оборудовано также фильтром 29, защищающим полые волокна в мембранном модуле от воздействия твердых микрочастиц, и фильтром 30, очищающим выдыхаемый пациентом в маску воздух от вредных микропримесей и бактерий.
Для предотвращения попадания влаги в волокна предусмотрен ребристый холодильник 31.
Для автоматического поддержания температуры мембранного модуля устройство снабжено термореле 32.
Для установки времени подачи гипоксической или гипероксической смеси к пациенту применяются задатчики времени 33 и 34, а для установки времени всей лечебной процедуры используется задатчик времени 35.
Для установки температуры мембранного модуля предусмотрен датчик 36.
Устройство работает следующим образом.
Нажатием кнопки 23 на приборной панели включают компрессор 2, вентиляторы 5, систему управления 18 и компьютер. На приборной панели устанавливают посредством таймеров 33, 34 и 35 время процедуры, а также время подачи гипоксической или гипероксической смеси. Вентилем тонкой регулировки 21 по газоанализатору кислорода 24 устанавливают необходимую концентрацию кислорода в гипоксической смеси. Устанавливают требуемую концентрацию углекислого газа концентрационной уставкой системы управления 18.
Посредством системы вентиляции (вентиляторы 5) воздух из атмосферы поступает внутрь корпуса устройства и нагнетается в компрессорный отсек на воздухозаборник компрессора 2.
Компрессорный отсек имеет наклеенную по стенкам шумоизоляцию, а наличие упругой подвески позволяет значительно снизить шум и вибрацию компрессора.
Вентиляторы 5 также создают поток воздуха, обдувающий горячую поверхность компрессора, который через щелевой канал поступает на обдув горячей поверхности ребристого теплообменника холодильника 31, а затем обдувает боковую поверхность мембранного модуля, создавая оптимальные условия для разделения воздуха.
Вентилятор 5 на выбросе излишка воздуха из корпуса прибора предназначен для автоматического поддержания постоянной температуры мембранного модуля. Включение и выключение вентилятора осуществляет термореле 32, которое срабатывает при оптимальной для воздухоразделения температуре.
Сжатый воздух из компрессора поступает в витой теплообменник 4, где охлаждается до комнатной температуры.
Из теплообменника воздух поступает в холодильник 31, где приобретает оптимальную температуру, что при высоком давлении приводит к выпадению излишков влаги в виде капель на стенках трубопроводов.
После холодильника поток воздуха поступает в фильтр 29, очищающий его от масла и пыли.
Для удаления излишков влаги из системы предусмотрены точки слива конденсата перед фильтром и из нижней полости фильтра. Гидросопротивление сливных магистралей настраивается при помощи регулировочных вентилей 12 и 13, что дает возможность подавать необходимое количество влаги к маскам пациентов.
Влага стекает на головку компрессора, где испаряется, создавая 100% относительную влажность воздуха, поступающего в компрессор.
После фильтра воздух поступает в мембранный модуль 3, где разделяется на гипоксическую (азотную) и гипероксическую (кислородную) с углекислым газом смеси.
Гипероксическая смесь поступает в ресивер 15, где вентиль 8, действующий по принципу обратного клапана, поддерживает постоянное небольшое избыточное давление, сбрасывая излишки газа в атмосферу.
Гипоксическая смесь проходит через вентиль 21 и ротаметр и поступает в ресивер 14, где вентиль 10, действующий по принципу обратного клапана, также поддерживает постоянное небольшое избыточное давление.
В соответствии с режимом работы, заданным системой управления 18, открывается один из электромагнитных соленоидных клапанов 9 или 11, после чего одна из смесей поступает в теплообменник 4, где охлаждается до комнатной температуры.
Из теплообменника смесь отправляется на выдачу в маску M1. Гипоксическая и гипероксическая с углекислым газом смеси подаются поочередно в соответствии с заданными таймерами временными интервалами.
Содержание кислорода определяется измерителем концентрации кислорода. Измерения состояния пациента - пульса и концентрации кислорода в крови - фиксируются датчиком пульсоксиметра, закрепляемым на пальце пациента, и передаются на дисплей пульсоксиметра.
Автоматическое отключение устройства производится путем отключения компрессора с подачей звукового и светового сигналов. Оно производится блоком управления по сигналу от пульсоксиметра в случае отклонения от нормы контролируемого параметра, в частности частоты пульса или углекислого газа (недостаточное насыщение гемоглобина кислородом).
Концентрация углекислого газа поддерживается автоматически по соответствующему датчику, расположенному в гипероксической смеси. В случае снижения содержания углекислого газа до значения меньше нормы от системы управления 18 поступает сигнал на увеличение проходного сечения диафрагмы 19, вследствие этого поток выдыхаемого воздуха, поступающего из дыхательной маски 17, увеличивается и количество углекислого газа, поступающего в мембранный модуль 3, увеличивается, за счет чего возрастает концентрация углекислого газа в гипероксической смеси.
В случае превышения установленной концентрации углекислого газа поступает сигнал на уменьшение сечения диафрагмы, вследствие чего концентрация углекислого газа в гипероксической смеси уменьшается.
Съемный бактерицидно-адсорбционный фильтр 30, устанавливаемый на наружной поверхности устройства, обеспечивает удаление бактерий и вредных примесей.
Устройство обеспечивает подачу кислорода в пределах от 21% до 38%. Содержание углекислого газа в гипероксической среде - от 3% до 5%.
1. Способ получения и подачи гипоксической и гипероксической смеси для проведения лечебных процедур, включающий сжатие атмосферного воздуха, его последующую фильтрацию, влагоотделение и разделение путем пропускания через сепаратор, выполненный из половолокнистой полимерной мембраны, с дальнейшей подачей гипоксической и гипероксической смеси потребителю в качестве целевого продукта, отличающийся тем, что потребителю для лечебных процедур в качестве целевого продукта осуществляют в дыхательную маску попеременную подачу гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси, обеспечивая впуск поступающей из сепаратора смеси и выпуск выдыхаемого пациентом воздуха, а сжатие атмосферного воздуха осуществляют после его смешивания с поступающим из дыхательной маски выдыхаемым пациентом воздухом.
2. Устройство для осуществления способа получения и подачи гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси для проведения лечебных процедур, включающее последовательно установленные в корпусе компрессор, систему подготовки воздуха, выполненную в виде теплообменника со сборником конденсата, газоразделительный мембранный модуль, выполненный в виде набора групп единичных элементов мембран, помещенных в кожухе, снабженном штуцерами для поступления атмосферного воздуха, вывода гипоксической смеси и гиперкапнически-гипероксической смеси, увлажнитель, ресиверы, блок подключения к пациенту, содержащий дыхательную маску с впускными и выпускным клапанами и средство контроля состояния пациента, включающее газоанализатор кислорода и пульсоксиметр, систему подвода гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси, снабженную автоматически переключающимися клапанами, обеспечивающими подвод гипоксической и гиперкапнически-гипероксической смеси к пациенту и отвод выдыхаемого воздуха, а также систему управления, характеризующееся тем, что выпускной клапан дыхательной маски соединен шлангом в месте выхода из маски выдыхаемого воздуха со штуцерами для поступления атмосферного воздуха в компрессор, который снабжен устройством для регулирования поступающего в него потока газовой смеси, система подготовки воздуха снабжена быстросъемным фильтром для поглощения вредных примесей и микроорганизмов, содержащихся в выдыхаемом воздухе, а полые волокна мембранного модуля изготовлены из высокоселективного к кислороду и углекислому газу полимера - полиимида.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что набор единичных элементов мембран выполнен в виде набора полых волокон, селективных к кислороду и углекислому газу.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что быстросъемный фильтр выполнен в виде кассеты и представляет собой бактерицидный фильтр, последовательно соединенный с адсорбционным фильтром.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что устройство для регулирования потока газовой смеси, поступающей в компрессор, и концентрации углекислого газа содержит диафрагму, автоматически изменяющую диаметр проходного сечения и связанную с системой управления, реагирующей на сигнал датчика содержания углекислого газа в гипероксической смеси.
