RU2185087C2 - Method for evaluating functional state of lungs - Google Patents
Method for evaluating functional state of lungs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185087C2 RU2185087C2 RU2000106651A RU2000106651A RU2185087C2 RU 2185087 C2 RU2185087 C2 RU 2185087C2 RU 2000106651 A RU2000106651 A RU 2000106651A RU 2000106651 A RU2000106651 A RU 2000106651A RU 2185087 C2 RU2185087 C2 RU 2185087C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- air
- heat
- lungs
- exhaled
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, в частности к способам исследования функционального состояния легких. The invention relates to medicine, in particular to methods for studying the functional state of the lungs.
Известен способ регистрации электропневмограммы, который позволяет определить частоту и ритм дыхания (см. В.В. Кравцов. Использование электрического термометра для регистрации внешнего дыхания. Бюлл. экспер. биол. мед., 1971, 9, с.227). Перечисленные показатели регистрируются с помощью электрического термометра Темп-1, датчик которого укрепляется у входного отверстия дыхательной маски. В качестве термочувствительного элемента в устройстве используется полупроводниковый термистор, сигнал которого усиливается и подается на регистратор. A known method of recording an electropneumogram that allows you to determine the frequency and rhythm of breathing (see VV Kravtsov. Using an electric thermometer to register external respiration. Bull. Expert. Biol. Honey., 1971, 9, p.227). The listed indicators are recorded using a Temp-1 electric thermometer, the sensor of which is fixed at the inlet of the breathing mask. A semiconductor thermistor is used as a heat-sensitive element in the device, the signal of which is amplified and fed to the recorder.
Недостаток данного способа состоит в том, что он не позволяет производить регистрацию изменений температуры выдыхаемого воздуха и определять количество выделяемого тепла, а лишь дает возможность определить наличие или отсутствие дыхательных циклов и регистрировать их частоту в единицу времени. The disadvantage of this method is that it does not allow registration of changes in the temperature of exhaled air and determine the amount of heat generated, but only makes it possible to determine the presence or absence of respiratory cycles and register their frequency per unit time.
Ближайшим по технической сущности к заявляемому является способ исследования функции внешнего дыхания человека, состоящий в том, что в поток выдыхаемого воздуха устанавливают полую пироэлектрическую ловушку, потоки энергии каждого показателя моделируют по определенному закону и регистрируют пироэлектрическое сопротивление каждой грани (см. А. с. СССР, 693197, опубл. 28.10.79). Данный способ позволяет косвенно исследовать газовый состав, скорость воздушного потока, радиационную и конвективную составляющие теплового баланса, частоту и минутный объем дыхания. The closest in technical essence to the claimed is a method of studying the function of external respiration of a person, consisting in the fact that a hollow pyroelectric trap is installed in the exhaled air flow, the energy flows of each indicator are modeled according to a certain law and the pyroelectric resistance of each face is recorded (see A. S. of the USSR , 693197, publ. 28.10.79). This method allows you to indirectly study the gas composition, air flow rate, radiation and convective components of the heat balance, frequency and minute volume of respiration.
Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является невозможность непосредственной регистрации температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, а следовательно, и тепла, выделяемого при дыхании, так как электрический сигнал, получаемый в пироэлектрических датчиках, пропорционален не температуре, а скорости ее изменения. То есть применение данного способа не позволяет определять количество тепла, выделяемого при дыхании, что в свою очередь не дает возможности всесторонне оценить функцию внешнего дыхания. Для его реализации необходим датчик, выполненный в виде полой пирамиды, основание которой должно быть установлено на плоскости, нормальной к вектору скорости исследуемого потока воздуха, причем должно соблюдаться равенство характерных размеров основания пирамиды и профиля поперечного сечения потока воздуха. Пирамида должна быть выполнена из диэлектрического материала, обладающего пироэлектрическими свойствами. Кроме того, необходим модулятор потока энергии каждого из показателей функции внешнего дыхания, а для расшифровки указанных данных - демодулятор каждого из потоков энергии. The disadvantage of the method chosen as a prototype is the impossibility of directly recording the temperature of the inhaled and exhaled air, and therefore the heat generated by breathing, since the electrical signal received in the pyroelectric sensors is proportional not to the temperature, but to the rate of its change. That is, the application of this method does not allow you to determine the amount of heat generated during breathing, which in turn does not make it possible to comprehensively evaluate the function of external respiration. For its implementation, a sensor is required, made in the form of a hollow pyramid, the base of which must be installed on a plane normal to the velocity vector of the air flow under study, and the characteristic dimensions of the pyramid base and the profile of the cross section of the air flow must be equal. The pyramid must be made of a dielectric material having pyroelectric properties. In addition, a modulator of the energy flow of each of the indicators of the function of external respiration is required, and to decrypt the indicated data, a demodulator of each of the energy flows is needed.
Задачей данного изобретения является количественная оценка легочного теплообмена при упрощении измерений. The objective of the invention is to quantify pulmonary heat exchange while simplifying measurements.
Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки функционального состояния легких с помощью термодатчиков, помещенных на пути газового потока, одновременно регистрируют изменения температуры вдыхаемой и выдыхаемой газовой смеси в течение всего дыхательного цикла, его длительность и объем выдыхаемого воздуха. This object is achieved by the fact that in the method for assessing the functional state of the lungs using temperature sensors placed in the path of the gas stream, temperature changes of the inhaled and exhaled gas mixture are recorded simultaneously throughout the respiratory cycle, its duration and the volume of exhaled air.
Другим отличием предлагаемого способа является то, что количество тепла, выделяемого при дыхании, рассчитывается с учетом средней температуры дыхательного цикла и теплоемкости, плотности и объема газовой смеси по формуле
где QЕ - среднее количество выделяемого тепла, кал;
С - средняя теплоемкость воздуха в температурном интервале 20-40oС, кал/г/К;
ρ - средняя плотность воздуха в температурном интервале 20-40oС, г/см3;
V - объем выдыхаемого воздуха, мл;
t1-t2 - длительность дыхательного цикла, с;
Т - температура дыхательной смеси, oС.Another difference of the proposed method is that the amount of heat generated during breathing is calculated taking into account the average temperature of the respiratory cycle and heat capacity, density and volume of the gas mixture according to the formula
where Q E is the average amount of heat generated, feces;
C is the average heat capacity of air in the temperature range of 20-40 o C, cal / g / K;
ρ is the average density of air in the temperature range of 20-40 o C, g / cm 3 ;
V is the volume of exhaled air, ml;
t 1 -t 2 - the duration of the respiratory cycle, s;
T is the temperature of the respiratory mixture, o C.
Количество выделяемого при дыхании тепла является важным показателем, характеризующим теплообменную функцию легких и позволяющим судить об их функциональном состоянии, так как имеет тесную корреляционную связь со многими показателями газообмена. The amount of heat released during breathing is an important indicator characterizing the heat transfer function of the lungs and allowing us to judge their functional state, since it has a close correlation with many indicators of gas exchange.
При сопоставлении количества выделяемого при дыхании тепла (показателя теплообменной функции легких) и потребления кислорода легкими (показателя функции внешнего дыхания) получена прямая корреляционная зависимость, свидетельствующая о тесной связи двух основных легочных функций, газообмена и теплообмена (r=0,73, р<0,05). When comparing the amount of heat released during respiration (an indicator of the heat transfer function of the lungs) and oxygen consumption by the lungs (an indicator of the function of external respiration), a direct correlation dependence was obtained, indicating a close relationship between the two main pulmonary functions, gas exchange and heat exchange (r = 0.73, p <0 , 05).
Осуществление предложенного способа не связано с эксплуатацией сложного и дорогостоящего оборудования, так как для параметрической оценки может быть использовано любое устройство, состоящее из чувствительного термодатчика, аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера, а также устройства для определения объема выдыхаемого воздуха. The implementation of the proposed method is not associated with the operation of complex and expensive equipment, as for a parametric evaluation, any device consisting of a sensitive temperature sensor, analog-to-digital converter and a personal computer, as well as a device for determining the volume of exhaled air can be used.
Пример. Больная Е., 26 лет, ист. бол. N1546, поступила в НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе с диагнозом: Закрытая травма черепа, ушиб головного мозга тяжелой степени, закрытая травма груди, множественные переломы ребер, перелом бедра, шок III ст. Вскоре после поступления для исследования функции легочного теплообмена больной был измерен дыхательный объем и определена средняя температура выдыхаемого воздуха. Количество выделяемого при дыхании тепла рассчитывалось исходя из удельной теплоемкости воздуха, плотности и объема выдыхаемого воздуха. В данном примере количество выделяемого тепла составило 0,8 кал за дыхательный цикл, соответственно в 1 мин (при частоте 20 дыханий) его величина составила 16 кал. Таким образом, полученный результат свидетельствует о снижении количества тепла более чем в 2 раза по сравнению с данными контрольной группы, а значит, о сокращении площади функционирующей поверхности легких и ухудшении в них газообмена. Это подтверждается данными газового анализа артериальной и смешанной венозной крови. Example. Patient E., 26 years old, East. bol. N1546, entered the Research Institute of Emergency Medicine. I.I. Janelidze with a diagnosis of Closed skull injury, severe brain contusion, closed chest injury, multiple rib fractures, hip fracture, shock III tbsp. Shortly after admission, the patient measured the respiratory volume of the pulmonary heat transfer function and determined the average temperature of exhaled air. The amount of heat generated during breathing was calculated based on the specific heat of the air, the density and volume of exhaled air. In this example, the amount of heat generated was 0.8 cal per respiratory cycle, respectively, in 1 min (at a frequency of 20 breaths), its value was 16 cal. Thus, the result indicates a decrease in the amount of heat by more than 2 times in comparison with the data of the control group, which means a reduction in the area of the functioning surface of the lungs and a decrease in gas exchange in them. This is confirmed by gas analysis of arterial and mixed venous blood.
После проведения комплексной противошоковой терапии измеренное аналогичным образом количество выделяемого при дыхании тепла увеличилось до 32 кал/мин, что свидетельствовало об увеличении площади функционирующей поверхности легких, а значит, и о восстановлении эффективного легочного газообмена. After complex anti-shock therapy, the amount of heat generated during breathing, measured in a similar way, increased to 32 cal / min, which indicated an increase in the area of the functioning surface of the lungs, and, therefore, the restoration of effective pulmonary gas exchange.
Таким образом, динамический контроль количества выделяемого при дыхании тепла в процессе лечения пострадавших с травматическим шоком позволяет судить об эффективности проводимой противошоковой терапии. Thus, dynamic control of the amount of heat generated during breathing during the treatment of patients with traumatic shock allows us to judge the effectiveness of anti-shock therapy.
Данный способ может быть использован в условиях реанимации и интенсивной терапии для диагностики нарушений дыхания и клеточного метаболизма у пострадавших с шокогенной травмой. This method can be used in intensive care and intensive care for the diagnosis of respiratory disorders and cellular metabolism in patients with chocogenic trauma.
Принципиально важно, что способ является бескровным (неинвазивным), то есть не требует вскрытия просвета сосуда и заведения в кровеносную систему зондов-датчиков. Важно и то, что предлагаемый способ может быть использован для количественной оценки функционального состояния легких и эффективности лечебных мероприятий как при сохраненном самостоятельном дыхании, так и при различных режимах искусственной вентиляции легких. It is fundamentally important that the method is bloodless (non-invasive), that is, it does not require opening the lumen of the vessel and introducing sensors into the circulatory system. It is also important that the proposed method can be used to quantify the functional state of the lungs and the effectiveness of therapeutic measures, both with preserved independent breathing and with various modes of mechanical ventilation.
Claims (1)
где QЕ - среднее количество выделяемого тепла, кал;
С - средняя теплоемкость воздуха в температурном интервале 20 - 40oС, кал/г/К;
ρ - средняя плотность воздуха в температурном интервале 20 - 40oС, г/см3;
V - объем выдыхаемого воздуха, мл;
t1 - t2 - длительность дыхательного цикла, с;
Т - температура дыхательной смеси, oC.A method for assessing the functional state of the lungs using temperature sensors placed in the path of the gas stream, characterized in that the temperature of the inhaled and exhaled gas mixture is simultaneously recorded during the entire respiratory cycle, its duration and volume of exhaled air, and the amount of heat released during breathing is calculated according to the formula
where Q E is the average amount of heat generated, feces;
C is the average heat capacity of air in the temperature range of 20 - 40 o C, cal / g / K;
ρ is the average density of air in the temperature range of 20 - 40 o C, g / cm 3 ;
V is the volume of exhaled air, ml;
t 1 - t 2 - the duration of the respiratory cycle, s;
T is the temperature of the respiratory mixture, o C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106651A RU2185087C2 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method for evaluating functional state of lungs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106651A RU2185087C2 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method for evaluating functional state of lungs |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000106651A RU2000106651A (en) | 2001-12-27 |
| RU2185087C2 true RU2185087C2 (en) | 2002-07-20 |
Family
ID=20231992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000106651A RU2185087C2 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method for evaluating functional state of lungs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2185087C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497556C1 (en) * | 2012-07-31 | 2013-11-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Electrotherapeutic apparatus |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU693197A1 (en) * | 1976-09-01 | 1979-10-25 | Институт медико-биологических проблем МЗ СССР | Method of investigating the function of external respiration of a human being |
| RU2094037C1 (en) * | 1993-02-04 | 1997-10-27 | Валентина Федоровна Сизова | Method of rapidly diagnosing pathology of internal organs |
| RU2137421C1 (en) * | 1997-07-16 | 1999-09-20 | Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей | Method for evaluating functional state of human organism |
-
2000
- 2000-03-17 RU RU2000106651A patent/RU2185087C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU693197A1 (en) * | 1976-09-01 | 1979-10-25 | Институт медико-биологических проблем МЗ СССР | Method of investigating the function of external respiration of a human being |
| RU2094037C1 (en) * | 1993-02-04 | 1997-10-27 | Валентина Федоровна Сизова | Method of rapidly diagnosing pathology of internal organs |
| RU2137421C1 (en) * | 1997-07-16 | 1999-09-20 | Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей | Method for evaluating functional state of human organism |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЗИЛЬБЕР А.П. Региональные функции легких. - Петрозаводск: 1971, с.67 и 68. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497556C1 (en) * | 2012-07-31 | 2013-11-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Electrotherapeutic apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Popov et al. | Evaluation of a simple, potentially individual device for exhaled breath temperature measurement | |
| Bach et al. | Association of expiratory airway dysfunction with marked obesity in healthy adult dogs | |
| RU2514329C2 (en) | Measuring device and method of determining regional consumption/perfusion of oxygen | |
| JP4647008B2 (en) | Method and apparatus for measuring respiratory organ gas temperature | |
| WO2003077747A1 (en) | Respiratory calorimeter | |
| Eggleston | Methods of exercise challenge | |
| US20130030316A1 (en) | Method and device for measurement of exhaled respiratory gas temperature | |
| Benedict | A portable respiration apparatus for clinical use | |
| Wenzel et al. | Comparison of different methods for dead space measurements in ventilated newborns using CO2-volume plot | |
| US20180325421A1 (en) | Method and device for measurement of exhaled respiratory gas temperature from specific regions of the airway | |
| RU2185087C2 (en) | Method for evaluating functional state of lungs | |
| Kirby et al. | Maintenance of arterial pressure in infant rats during moderate and extreme thermal challenge | |
| RU2129405C1 (en) | Method for evaluating regional ventilation and pulmonary blood circulation | |
| White et al. | Respiratory heat loss and core temperatures during submaximal exercise | |
| RU2254804C2 (en) | Method for evaluating altered conjugation of cardiohemodynamics and external respiration | |
| RU2563370C1 (en) | Device for determining humidity and temperature of exhaled by individual air | |
| Iwashita et al. | Evaluation of a novel contactless electrical impedance device for measuring respiratory and heart rates: A pilot study | |
| Johnson et al. | Temperature and humidity of expired air of sheep | |
| Oberg et al. | Evaluation of a new fiber-optic sensor for respiratory rate measurements | |
| RU45609U1 (en) | DEVICE FOR REGISTRATION OF EXTERNAL RESPIRATION PARAMETERS | |
| Ellingsen et al. | Effects of exercise and CO2 inhalation on the breathing pattern in man | |
| Stoksted | Obstructions in the nose and their influence on the pulmonary functions | |
| US9907487B2 (en) | Non-invasive method and apparatus for determining lung tissue thermal properties and for extra vascular lung water measurement | |
| Girgis et al. | A method for assessment of the nasal circulation | |
| SU944537A1 (en) | Apparatus for registering respiration parameters |