RU2383361C2

RU2383361C2 - Device for inducing dosed hypercapnic hypoxia

Info

Publication number: RU2383361C2
Application number: RU2008113638/14A
Authority: RU
Inventors: Андрей Григорьевич Беспалов (RU); Андрей Григорьевич Беспалов; Владимир Павлович Куликов (RU); Владимир Павлович Куликов; Николай Николаевич Якушев (RU); Николай Николаевич Якушев; Виктор Аркадьевич Базин (RU); Виктор Аркадьевич Базин; Олег Николаевич Кандауров (RU); Олег Николаевич Кандауров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная компания "Карбоник"
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2010-03-10
Also published as: RU2008113638A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: in order to carry out control of gaseous composition of exhaled air in central tube, maximally close to mouthpiece installed is unit of air mixture intake, provided with canals of inhaled and exhaled air, separated by means of valve mechanism. Canal of exhaled air is longer than canal of inhaled air, and central tube is maximally displaced to canal of inhaled air in order to ensure separation of flows of inhaled and exhaled air. Directly near valve sensor of gas-analyser is installed.

EFFECT: invention allows to carry out continuous control of carbon dioxide and oxygen concentration in last portion of exhaled air, close in percent composition of gases to alveolar air.

3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, неврологии и пульмонологии, и может быть использовано для изучения реакции организма на дозированную гиперкапническую гипоксию, в частности для оценки реактивности мозговых сосудов и перфузионного резерва мозгового кровообращения, а также для проведения гиперкапнически гипоксических тренировок, направленных на увеличение сопротивляемости (резистентности) организма к неблагоприятным стрессорным факторам, тренировку адаптивных систем, подготовку к оперативным вмешательствам с временным прекращением кровотока по артериям, питающим мозг, и лечения заболеваний, в частности нарушений мозгового кровообращения, нарушений коронарного кровообращения, гипертонической болезни, дыхательной недостаточности и др.The invention relates to medicine, namely to cardiology, neurology and pulmonology, and can be used to study the body's response to dosed hypercapnic hypoxia, in particular to assess the reactivity of cerebral vessels and perfusion reserve of cerebral circulation, as well as for hypercapnic hypoxic training aimed at increase of body resistance (resistance) to adverse stress factors, training of adaptive systems, preparation for surgical interventions with a temporary cessation of blood flow through the arteries that feed the brain, and the treatment of diseases, in particular cerebrovascular disorders, coronary circulation disorders, hypertension, respiratory failure, etc.

Известно устройство (Патент РФ на изобретение №2221597), содержащее съемный загубник и трубку, корпус с емкостью "мертвого" пространства в виде параллельно расположенных лабиринтных каналов, перемещающихся относительно друг друга, с установленными в них обтекателями, позволяющее дозировать гиперкапнию в диапазоне 5-6% углекислого газа (СО₂) в альвеолярном воздухе.A device is known (RF Patent for the invention No. 2221597), containing a removable mouthpiece and a tube, a housing with a dead space capacity in the form of parallel labyrinth channels moving relative to each other, with fairings installed in them, allowing dosing of hypercapnia in the range of 5-6 % carbon dioxide (CO ₂ ) in alveolar air.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- необходимость использования большого объема «мертвого пространства», около 2000 мл, для создания эффективной концентрации углекислого газа и связанная с этим громоздкость устройства;- the need to use a large amount of "dead space", about 2000 ml, to create an effective concentration of carbon dioxide and the associated bulkiness of the device;

- отсутствие возможности проведения непрерывного мониторинга концентрации газов в выдыхаемом воздухе;- the inability to conduct continuous monitoring of the concentration of gases in exhaled air;

- невозможность использования электрического привода для автоматического поддержания концентрации углекислого газа (СО₂) и кислорода (О₂) на заданном уровне.- the inability to use an electric drive to automatically maintain the concentration of carbon dioxide (CO ₂ ) and oxygen (O ₂ ) at a given level.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство (Патент РФ на изобретение №2301081), содержащее загубник, центральную трубку, корпус с емкостью "мертвого" пространства, разделенный на параллельно расположенные ячейки, соединенные между собой при помощи соединительного пространства. Объем «мертвого пространства» регулируется при помощи диафрагмы, выключающей из вентиляции определенное число ячеек.The closest in technical essence and the achieved effect is a device (RF Patent for the invention No. 2301081) containing a mouthpiece, a central tube, a housing with a capacity of "dead" space, divided into parallel cells located interconnected by means of a connecting space. The volume of "dead space" is regulated by means of a diaphragm, which turns off a certain number of cells from ventilation.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность из-за отсутствия возможности проведения непрерывного мониторинга концентрации газов в выдыхаемом воздухе.A disadvantage of the known device is low efficiency due to the lack of the possibility of continuous monitoring of the concentration of gases in exhaled air.

Техническим результатом заявляемого устройства является усовершенствование конструкции, позволяющее осуществлять непрерывный контроль концентрации углекислого газа и кислорода в выдыхаемом воздухе.The technical result of the claimed device is a design improvement that allows continuous monitoring of the concentration of carbon dioxide and oxygen in exhaled air.

Технический результат достигается тем, что для проведения непрерывного контроля газового состава выдыхаемого воздуха в центральной трубке максимально близко к загубнику устанавливают узел забора воздушной смеси, который оснащен каналами вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, разделенными при помощи клапанного механизма, причем канал выдыхаемого воздуха длиннее канала вдыхаемого воздуха, а центральная трубка максимально смещена к каналу вдыхаемого воздуха для обеспечения разделения потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Для газоанализа выдыхаемого воздуха в канале выдыхаемого воздуха непосредственно у клапана установлен датчика газоанализатора.The technical result is achieved by the fact that to conduct continuous monitoring of the gas composition of exhaled air in the central tube as close as possible to the mouthpiece, an air mixture intake unit is installed, which is equipped with inhaled and exhaled air channels separated by a valve mechanism, the exhaled air channel is longer than the inhaled air channel, and the central tube is maximally offset to the channel of the inhaled air to ensure separation of the flows of the inhaled and exhaled air. For gas analysis of exhaled air in the channel of exhaled air directly at the valve is installed sensor gas analyzer.

Устройство проиллюстрировано чертежами (фиг.1, 2(А, Б) и 3).The device is illustrated by drawings (FIGS. 1, 2 (A, B) and 3).

Заявляемое устройство (фиг.1) выполнено из медицинского пластика и представлено в виде корпуса 1 с центральной трубкой 2 с площадью поперечного сечения, близкой к площади поперечного сечения трахеи. Корпус 1 разделен на ячейки 3 с общим объемом 1000 мл, расположенные параллельно друг другу. Ячейки 3 сообщаются с внешней средой посредством проксимального отверстия 4, а друг с другом и центральной трубкой 2 посредством соединительного пространства 5.The inventive device (Fig. 1) is made of medical plastic and is presented in the form of a housing 1 with a central tube 2 with a cross-sectional area close to the cross-sectional area of the trachea. Case 1 is divided into cells 3 with a total volume of 1000 ml, located parallel to each other. Cells 3 communicate with the external environment through the proximal hole 4, and with each other and the central tube 2 through the connecting space 5.

В центральной трубке 2 установлен узел забора воздушной смеси 6, состоящий из канала 7 вдыхаемого и канала 8 выдыхаемого воздуха, причем канал 8 примерно в два раза длиннее канала 7, что позволяет разделить потоки вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Центральная трубка 2 максимально смещена к каналу 7 вдыхаемого воздуха. Для увеличения степени разделения потоков воздуха в каналах 7 и 8 имеются герметичные клапаны 9 и 10, препятствующие перемешиванию потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха во время дыхания через устройство. Для газоанализа последней порции выдыхаемого воздуха в камере 8 установлен датчик газоанализатора 11.In the central tube 2, an air mixture intake unit 6 is installed, consisting of a channel 7 of the inhaled and channel 8 of the exhaled air, the channel 8 being approximately two times longer than the channel 7, which makes it possible to separate the flows of the inhaled and exhaled air. The Central tube 2 is maximally offset to the channel 7 of the inhaled air. To increase the degree of separation of air flows in the channels 7 and 8 there are sealed valves 9 and 10, preventing the mixing of the flows of the inhaled and exhaled air during breathing through the device. For gas analysis of the last portion of exhaled air, a gas analyzer sensor 11 is installed in the chamber 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На фиг.2 (А, Б) показана схема движения воздуха в устройстве во время акта выдоха А и вдоха Б.Figure 2 (A, B) shows a diagram of the movement of air in the device during the act of exhalation A and inspiration B.

Дыхание осуществляют через загубник (не обозначен), а носовое дыхание отключают. Выдыхаемый воздух (фиг.2А) заполняет центральную трубку 2, затем канал 8 узла забора воздушной смеси 6, при этом под действием давления выдыхаемого воздуха открывается клапан 10, что позволяет выдыхаемому воздуху беспрепятственно поступать в центральную трубку 2 корпуса 1 с ячейками 3. Газоанализ последней порции выдыхаемого воздуха проводят с помощью датчика газоанализатора 11, установленного в канале 8.Breathing is carried out through a mouthpiece (not indicated), and nasal breathing is turned off. The exhaled air (Fig. 2A) fills the central tube 2, then the channel 8 of the air intake unit 6, while under the pressure of the exhaled air, the valve 10 opens, which allows the exhaled air to flow freely into the central tube 2 of the housing 1 with cells 3. Gas analysis of the latter portions of exhaled air are carried out using the sensor of the gas analyzer 11 installed in the channel 8.

Выдыхаемый воздух, выходя из узла забора воздушной смеси 6, попадает в центральную трубку 2 корпуса 1 с ячейками 3, затем в соединительное пространство 5 и движется в ячейки 3, заполняющие корпус 1, и выводится посредством проксимального отверстия 4 ячеек 3 в атмосферу. В конце выдоха в ячейках 3 остается обогащенный углекислым газом и бедный кислородом альвеолярный воздух.Exhaled air, leaving the air mixture intake unit 6, enters the central tube 2 of the housing 1 with cells 3, then into the connecting space 5 and moves into the cells 3 filling the housing 1, and is discharged through the proximal opening 4 of the cells 3 into the atmosphere. At the end of the exhalation, cells 3 enriched in carbon dioxide and oxygen-poor alveolar air remain in cells 3.

Движение воздуха во время вдоха (фиг.2Б) осуществляется в обратном направлении по отношению к выдоху. При этом за счет открытия клапана 9 и закрытия клапана 10 узла забора воздушной смеси 6 в легкие поступает воздух из ячеек 3 и центральной трубки 2, обогащенный углекислым газом и бедный кислородом.The movement of air during inspiration (figb) is carried out in the opposite direction with respect to exhalation. At the same time, due to the opening of valve 9 and closing of valve 10 of the intake unit 6, air enters the lungs from the cells 3 and the central tube 2, enriched in carbon dioxide and poor in oxygen.

Для доказательства эффективности работы заявляемого устройства было проведено сравнение концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе, полученном при использовании трубки Пристли с встроенным датчиком газоанализатора и заявляемого устройства, оснащенного узлом забора воздушной смеси. Оценка концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе испытуемых проводилась по окончании первой минуты дыхания с помощью капнометра «МИКОН» (Россия).To prove the effectiveness of the inventive device, a comparison was made of the concentration of carbon dioxide in the alveolar air obtained using the Priestley tube with an integrated gas analyzer sensor and the inventive device equipped with an air mixture intake unit. The concentration of carbon dioxide in the alveolar air of the subjects was assessed at the end of the first minute of breathing using a MIKON capnometer (Russia).

На фиг.3 представлена таблица, отображающая концентрацию углекислого газа Figure 3 presents a table showing the concentration of carbon dioxide

(СО₂) в альвеолярном воздухе, полученном при использовании трубки Пристли, и в выдыхаемом воздухе, полученном при помощи заявляемого устройства. Из таблицы видно, что концентрация СО₂ в альвеолярном воздухе, полученном при использовании трубки Пристли и в выдыхаемом воздухе, полученном при помощи заявляемого устройства, значимо не различались. Из этого следует, что узел забора воздушной смеси заявляемого устройства обеспечивает забор для газоанализа последней порции выдыхаемого воздуха, аналогичного по своему составу альвеолярному воздуху.(CO ₂ ) in the alveolar air obtained using the Priestley tube, and in exhaled air obtained using the inventive device. The table shows that the concentration of CO ₂ in the alveolar air obtained using the Priestley tube and in the exhaled air obtained using the inventive device did not significantly differ. From this it follows that the site of the intake of the air mixture of the claimed device provides a fence for gas analysis of the last portion of exhaled air, similar in composition to the alveolar air.

Эффективность заявляемого устройства достигается тем, что для проведения непрерывного контроля газового состава выдыхаемого воздуха в центральной трубке максимально близко к загубнику устанавливают узел забора воздушной смеси, который оснащен каналами вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, разделенными при помощи клапанного механизма, причем канал выдыхаемого воздуха длиннее канала вдыхаемого воздуха, а центральная трубка максимально смещена к каналу вдыхаемого воздуха для обеспечения разделения потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, с проведением газоанализа последней порции выдыхаемого воздуха, близкой по процентному содержанию газов к альвеолярному.The effectiveness of the claimed device is achieved by the fact that for continuous monitoring of the gas composition of exhaled air in the Central tube as close as possible to the mouthpiece set the intake unit of the air mixture, which is equipped with channels of inhaled and exhaled air separated by a valve mechanism, and the channel of exhaled air is longer than the channel of inhaled air and the central tube is maximally offset to the channel of the inhaled air to ensure separation of the flows of the inhaled and exhaled air ha, with carrying out gas analysis latter portion of the exhaled air close by percentage of the alveolar gases.

Таким образом, преимуществом заявляемого устройства является возможность непрерывного контроля концентрации углекислого газа и кислорода в альвеолярном воздухе.Thus, the advantage of the claimed device is the ability to continuously monitor the concentration of carbon dioxide and oxygen in the alveolar air.

Claims

A device for creating a dosed hypercapnic hypoxia containing a mouthpiece, a central tube, a housing with a dead space capacity, divided into parallel cells connected by a connecting space, characterized in that the central tube is equipped with an air mixture intake assembly consisting of channels inhaled and exhaled air, separated by a valve mechanism, and shifted to the channel of the inhaled air, the channel of the exhaled air is longer than the channel of the inhaled gas, and in the channel of exhaled air directly at the exhaled air valve a sensor for gas analysis is installed.