[go: up one dir, main page]

RU2185087C2 - Method for evaluating functional state of lungs - Google Patents

Method for evaluating functional state of lungs Download PDF

Info

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
Application number
RU2000106651A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000106651A (en
Inventor
В.Н. Лапшин
Б.Н. Шах
Original Assignee
Санкт-Петербургский ГНИИ скорой помощи им.И.И.Джанелидзе
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский ГНИИ скорой помощи им.И.И.Джанелидзе filed Critical Санкт-Петербургский ГНИИ скорой помощи им.И.И.Джанелидзе
Priority to RU2000106651A priority Critical patent/RU2185087C2/en
Publication of RU2000106651A publication Critical patent/RU2000106651A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2185087C2 publication Critical patent/RU2185087C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves recording temperature changes in inhaled and exhaled gas mixture by means of temperature pickups set on the way of gas flow during the whole respiratory cycle, its duration and exhaled air volume. Heat quantity released in breathing is calculated by means of formula
Figure 00000002
where QE is the mean quantity of released heat in cal, C is the mean heat capacity of air in temperature interval from 20 to 40 C in cal/g/K, ρ is the mean air density in g/cm3, V is the exhale air volume in ml, t1-t2 is the respiratory cycle duration in s and T is the respiratory mixture temperature in C. EFFECT: high accuracy of noninvasive method; enabled quantitative estimation.

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

Figure 00000003

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
Figure 00000003

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)

Способ оценки функционального состояния легких с помощью термодатчиков, помещенных на пути газового потока, отличающийся тем, что одновременно регистрируют изменения температуры вдыхаемой и выдыхаемой газовой смеси в течение всего дыхательного цикла, его длительность и объем выдыхаемого воздуха, а количество тепла, выделяемого при дыхании, рассчитывают по формуле
Figure 00000004

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
Figure 00000004

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.
RU2000106651A 2000-03-17 2000-03-17 Method for evaluating functional state of lungs RU2185087C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗИЛЬБЕР А.П. Региональные функции легких. - Петрозаводск: 1971, с.67 и 68. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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