способ тренировки дыхания

Формула изобретения

Способ тренировки дыхания, заключающийся в изменении содержания углекислого газа и кислорода во вдыхаемом воздухе, за счет увеличения дополнительного объема «мертвого» пространства, отличающийся тем, что плавно изменяют гидравлическое сопротивление при вдохе и выдохе, постепенно увеличивая его от начального до максимального гидравлического сопротивления аппарата гипоксической гиперкапнии, затем осуществляют дыхание в течение заданного интервала времени через упомянутый аппарат, после которого постепенно изменяют гидравлическое сопротивление при вдохе и выдохе до начального уровня, при этом интервал времени изменения гидравлического сопротивления от начального до максимального оставляют не менее 3 мин, а отношение времени тренировки дыхания с максимальным гидравлическим сопротивлением выбирают не более чем в два раза превышающим интервал времени изменения гидравлического сопротивления от максимального до начального.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, неврологии и пульмонологии, и может быть использовано для изучения реакции организма на дозированную гипоксическую гиперкапнию, в частности для оценки реактивности мозговых сосудов и перфузионного резерва мозгового кровообращения, а так же для проведения гиперкапнических тренировок, направленных на увеличение сопротивляемости (резистентности) организма к неблагоприятным стрессорным факторам, тренировки адаптивных систем, подготовки 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.

Существует несколько способов создания гипоксической гиперкапнии:

1. Использование готовых газовых смесей с определенным содержанием О ₂ и CO₂. Этот способ требует дорогостоящей наркозно-дыхательной аппаратуры и не может быть применен для индивидуальной тренировки и лечения.

2. Существует упрощенный вариант создания гипоксической гиперкапнии путем проведения пробы с задержкой дыхания. Основной недостаток пробы с задержкой дыхания заключается в невозможности стандартизации уровня гиперкапнии.

3. Еще одним альтернативным вариантом создания гипоксической гиперкапнии является проба с ацетазоламидом. Проба проводится путем внутривенного введения 1 грамма ацетазоламида. Широкого распространения эта методика не получила прежде всего из-за инвазивности и длительного по времени исследования.

Ограничением для расширенного использования в медицине гипоксической гиперкапнии является отсутствие доступных методов и недорогих малогабаритных устройств для ее создания.

Известен способ тренировки дыхания, основанный на увеличении дополнительного объема «мертвого» пространства (а.с. СССР №112692), в котором для создания гипоксической гиперкапнии используют выдыхаемый воздух. Дозирование углекислого газа в диапазоне 1-5% осуществляется за счет регуляции подачи воздуха из окружающей среды.

Недостатками известного способа являются:

1. Невозможность создания концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе более 5%, что является необходимым для оценки перфузионного резерва мозгового кровообращения и проведения эффективных гиперкапнических тренировок.

2. Способ не позволяет достигнуть максимального расслоения выдыхаемого воздуха на порции, что ведет к снижению эффективной концентрации углекислого газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ тренировки дыхания, основанный на увеличении дополнительного объема «мертвого» пространства (пат. №2248812), заключающийся в том, что через отверстия в корпусе абсорбера в дыхательный контур поступает атмосферный воздух и смешивается с выдыхаемым воздухом, образуя гипоксическую газовую смесь. При этом мешок заполняется выдыхаемым воздухом, обедненным кислородом вследствие поглощения его организмом пациента, причем после 12-14 сеансов в аппарате уменьшается поглощение углекислоты, и он начинает выполнять функцию умеренного гиперкапникатора. Газовая смесь формируется из выдыхаемого углекислого газа и атмосферного воздуха, поэтому концентрация углекислого газа в артериальной крови не достигает величин, вызывающих у человека отрицательные реакции.

Недостатками известного способа являются:

1. Невозможность регулировки объема "мертвого" пространства и соответственно дозирования концентрации углекислого газа.

2. При дыхании по предлагаемому в прототипе методу через замкнутый объем концентрации углекислого газа и кислорода постоянно меняются и зависят как от времени, так и от пациентов, использующих этот метод. Далее есть вероятность накопления не только углекислого газа, но и азота, что недопустимо по медицинским показаниям.

3. Кроме того, при дыхании этим способом пациент испытывает двойной стресс, во-первых, от увеличения гидравлического сопротивления при вдохе и выдохе (инспираторных и экспираторных сопротивлений дыханию), а во-вторых, от изменения содержания углекислого газа и кислорода в начале тренировки дыхания и быстрого изменения этих концентраций после тренировки, что особенно неблагоприятно сказывается на ослабленных пациентах и существенно снижает область применимости способа.

Так испытания показали, что у некоторых пациентов, с использованием известного способа дыхания, возникают неприятные ощущения, связанные с затрудненностью и даже с невозможностью дыхания в начале процедуры, а после прекращения процедуры возникает головная боль и головокружение из-за резкого изменения концентрации углекислого газа и кислорода. Чтобы уменьшить риск «срыва» адаптации и возникновения деструктивных изменений в вестибулярных и висцеральных органах, необходимо найти оптимальное время и величину гипоксических и гиперкапнических воздействий для повышения функциональных резервов организма. Поскольку эффективность адаптации к факторам среды определяется известной зависимостью «сила - длительность», в качестве тренировочных были определены кратковременные (10-20 мин) интервальные гипоксические и гиперкапнические стимулы, приводящие к мобилизации функциональных резервов систем дыхания, кровообращения и крови. При этом продукция углекислого газа и потребление кислорода достоверно повышались при активации углеводного обмена, что указывает на формирование адаптивных процессов и, очевидно, сопряжено с повышением эффективности тканевого дыхания на фоне снижения реактивности кислородтранспортных систем.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение эффективности способа за счет создания эффективной концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе с возможностью независимого изменения гидравлического сопротивления при вдохе и выдохе и плавного дозирования содержания кислорода и углекислого газа с учетом времени адаптации организма.

Технический результат достигается тем, что плавно изменяют гидравлическое сопротивление при вдохе и выдохе, постепенно увеличивая его от начального до максимального гидравлического сопротивления аппарата гипоксической гиперкапнии, затем осуществляют дыхание в течение заданного интервала времени через упомянутый аппарат, после которого постепенно изменяют гидравлическое сопротивление при вдохе и выдохе до начального уровня, при этом интервал времени изменения гидравлического сопротивления от начального до максимального выбирают не менее 3 минут, а интервал времени последующего выхода из процесса дыхания с гипоксической гиперкапнией выбирают пропорциональным времени тренировки дыхания с максимальным гидравлическим сопротивлением, но не менее чем в два раза меньшим его.

Эффективность способа продемонстрирована работой устройства для тренировки дыхания (см. чертеж).

Устройство состоит из маски 1 от противогаза ГП-4у, двух патронов 2, 3, шланга 4, переходника 5 и регулирующего клапана 6. Шланг 4 прикреплен с одной стороны к маске 1, а с другой - к патрону 2. Патроны 2, 3 связаны между собой переходником 5, причем патрон 3 подсоединен к патрону 2 встречным образом, так что стандартный вход для воздуха патрона 2 соединяется с выходом патрона 3. В нижней части маски 1 имеется регулируемый клапан 6. Внутри свободного пространства патронов 2, 3 между фильтром (не обозначен), находящимся внутри патрона 2, 3, и стенкой патрона 2, 3 засыпаны трехмиллиметровые стеклянные шарики для увеличения мертвого пространства и количества застойных зон с пониженным конвективным переносом молекул газа.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент регулируемый клапан 6 полностью открыт, так что пациент делает свободный вдох и выдох практически без дополнительного сопротивления. Затем в течение трех минут клапан вручную постепенно закрывают за счет поворота крышки клапана 6. При полностью закрытом клапане 6 дыхание идет через отверстие внизу патрона 3. Дополнительный объем мертвого пространства включает свободные объемы порового пространства засыпки из стеклянных шариков и шланга 4 между патронами 2, 3. При этом гидравлическое сопротивление за счет дыхания через два патрона 2, 3 приводило к перепаду давления, не превышающему 100 мм водного столба. При дыхании через один патрон 2 величина дополнительного перепада давления уменьшалась примерно в два раза. После полного закрытия клапана 6 пациент дышал в течение не более 20 минутного интервала, а затем происходит постепенный переход на открытое дыхание за счет постепенного открытия клапана 6. Только интервал открытия клапана 6 выбирался не меньше, чем 10 минут, если пациент дышал 20 минут при полностью закрытом клапане 6. В упрощенном варианте использовался более щадящий режим тренировки дыхания через один патрон 2.

Газоанализ при работе устройства для тренировки дыхания с помощью описанного выше аппарата гипоксической гиперкапнии проводили на газоанализаторе Spirolyt-2 (Германия). Результаты газоанализа приведены в таблице. Таблица содержит три сдвоенных столбца. В первом столбце приведены результаты эксперимента по определению содержания углекислого газа (в процентах) и дефицита кислорода (в процентах) при создании гипоксической гиперкапнии устройством с двумя патронами 2, 3. Во втором сдвоенном столбце - то же самое с одним патроном 2, и третий столбец содержит экспериментальные данные по процентному содержанию углекислого газа и дефицита кислорода с одним шлангом 4 без патронов.

Из таблицы видно, что аппарат позволяет обеспечить заданную гиперкапнию (7%) с двумя патронами и гипоксию в пределах нормы. В третьем столбце приведены результаты газоанализа с одним шлангом без патронов, который позволяет проводить гипоксическую гиперкапнию в наиболее облегченном варианте. Следовательно, разным категориям пациентов можно рекомендовать разные варианты использования способа и соответствующего устройства. Для спортсменов и сотрудников МЧС для тренировки гипоксической гиперкапнией можно использовать два и даже три патрона, для людей ослабленных можно рекомендовать дышать не больше чем через один патрон и наиболее слабых - оставить дыхание только через шланг.

Обоснование интервалов времени, необходимого для адаптации организма к гипоксической гиперкапнии. В течение 1 минуты дыхания через устройство в альвеолярном воздухе устанавливается концентрация углекислого газа в диапазоне 5-7%, в зависимости от избранной величины дополнительного объема "мертвого" пространства. Для адаптации же организма, как показали эксперименты, необходимо 2-3 минуты. Причем трехминутная адаптация из 15 пациентов была только у одного человека с патологией органов дыхания, впервые дышавшего через аппарат гипоксической гиперкапнии. В дальнейшем у этого пациента адаптационный период входа также не превышал 2 минуты. Поэтому этот трехминутный интервал времени адаптации начала осуществления способа тренировки дыхания выбран даже с некоторым запасом.

После начального времени адаптации наступает фаза непосредственно самой тренировки дыхания через аппарат гипоксической гиперкапнии, при этом дыхании гидравлическое сопротивление и содержание углекислого газа максимально, а содержание кислорода минимально. Эта экстремальная тренировка в испытаниях не превышала 20 минут, а вот время выхода из тренировочного дыхания на обычное, с начальным содержанием кислорода и углекислого газа, варьировалось. В результате испытаний было получено, что чем больше время гипоксической гиперкапнии, тем больше организму необходимо времени на адаптацию. Практически во всех случаях наблюдался безболезненный выход, если длительность выхода на первоначальное дыхание составляла примерно половину времени тренировки дыхания. Например, для 20 минутного интервала тренировки дыхания время адаптации или постепенного выхода на обычное дыхание составляло 10 минут.

Отметим преимущество способа при использовании общевойскового изолирующего противогаза, приведенного на чертеже. Применение этих противогазов рекомендовано в войсковых частях и в гражданской обороне, так как эти противогазы прошли все стадии медицинской проверки и сертифицированы. Предлагаемый способ вносит минимальные изменения в конструкции противогазов. Так использование стеклянных шариков дополнительно к имеющимся в противогазе фильтрам из-за инертности материала стекла нельзя отнести к использованию вредных веществ. Изделия из стекла широко используются в медицине. Регулируемый клапан также широко используется в изолирующих противогазах-рекуператорах. Кроме того, при осуществлении способа в облегченных вариантах можно вообще обойтись не только без стеклянных шариков в патронах, но и самих патронов с фильтрами. Следует отметить, что основное гидравлическое сопротивление при дыхании через противогаз оказывают именно фильтры, а вот влияние их на расслоение воздуха и создание протяженных застойных зон с пониженными коэффициентами массопереноса весьма незначительно из-за малого диаметра пор материала фильтра. Поэтому в качестве одного из вариантов осуществления способа рассматривалась конструкция патрона, не содержащего фильтр, заполненная только стеклянными шариками, что существенно уменьшало гидравлическое сопротивление дыханию при сохранении положительного воздействия гипоксической гиперкапнией.

Таким образом, преимуществом заявляемого способа является учет адаптационных свойств организма в начале и конце тренировки дыхания через аппарат гипоксической гиперкапнии.