Устройство для ввода подогретой газовой смеси в полость рта

Полезная модель относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам для ввода подогретой газовой смеси в полость рта, и может быть использована с целью воздействия на организм подогретыми газовыми смесями различного состава, например, кислородно-гелиевыми, кислородно-ксеноновыми или иными смесями с температурами подогрева от термонейтральных (45-65°С) до гипертермических (70-125°С).
Высокие температуры дыхательной смеси необходимы для лечения различных бронхообструктивных заболеваний легких, пневмоний различной этиологии, в том числе при коронавирусной инфекции COVID-19.
Исследования, проведенные по выживаемости вируса от t°, показали, что при температуре плюс 4°С спустя две недели количество вирусов снизилось на 72%, при 22°С через неделю на 50%, а нагрев до 37°С снижал это время до одного дня. При 70°С вся популяция погибает за пять минут, а при и 90°С и выше за секунды (источник indicator.ru). Выяснена устойчивость коронавируса от температуры на поверхностях в рубрике Здоровье Nikul от 01.04.2020.
Аналогами предлагаемой полезной модели являются патенты: RU 2072241 от 20.09.1995 г., RU 2146536 от 20.03.2000 г., RU 2232013 от 04.06.2001 г., RU 2521841 от 01.03.2013 г., где описаны различные устройства подачи газовых смесей пациенту.
Чтобы решить основную задачу - избавиться от вируса при пневмониях, необходимо повысить температуру вдыхаемой газовой смеси. Эта задача очень трудная, особенно для удаленных частей трахеи, т.к. решая основную задачу, необходимо не нанести ожоговую травму пациенту. Высокая температура газовой смеси сушит поверхность губ, гортани и уже при температурах выше 55-60°С вызывает неприятные ощущения, а при длительном времени дыхания - и ожоги. На расстоянии 7 см от точки измерения Т°С составляет уже 33,7-34°С, т.е. газ к трахее подходит уже термонейтральной температуры.
Учитывая уникальные теплофизические свойства гелия:
- плотность в 7 раз меньше, чем у азота - основного газа разбавителя кислорода в воздухе;
- теплоемкость в 5,8 раза, а температуропроводимость - в 10 раз выше, чем у воздуха;
- растворимость в жирах в 4,5 раза ниже, чем у азота, а также высокой диффузионной способности, обеспечивается сверхбыстрый теплообмен с окружающей атмосферой и поверхностями полости рта.
Гелий быстро нагревает соприкасающиеся с ним поверхности газопроводов, пневморегулирующей арматуры, губ и полости рта, но при этом остывает сам.
Несмотря на различные варианты конструктивного исполнения аппаратуры, во всех устройствах имеются общие узлы, в том числе: газохранилище, пневмораспределительная арматура, нагреватель (теплообменник), клапанная коробка и маска для обеспечения ввода газовой смеси в полость рта и далее в легкие.
При этом в газохранилище могут храниться как заранее приготовленные, так и отдельные компоненты смеси, которые готовятся уже в процессе процедуры при помощи различных устройств (миксеров) по заданной программе. На выходе все аппараты имеют общие элементы: нагреватель, клапанную коробку, которую располагают как можно ближе к лицу из-за уникальных теплофизических свойств гелия, и маску.
При этом между теплообменником и маской, как правило, располагается клапанная коробка, фильтры и устройства (небулайзеры), подающие лекарственные средства пациенту в зависимости от методики лечения. Из-за сопротивления газовому потоку теплоотдача увеличивается, и возрастают потери тепла, т.е. идет перегрев конструкции в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для ввода подогретой газовой смеси в полость рта, содержащее газопровод, нагреватель газовой смеси в виде теплообменника, клапан вдоха, клапан выдоха и средство для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта (см. патент RU 2146536 от 04.06.2001, кл. А61М 16/00, опубл. 20.03.2000). Основным недостатком известного устройства являются высокие теплопотери при работе устройства.
Технической проблемой является устранение указанного недостатка и усовершенствование устройств подачи нагретых газовых смесей, в частности, но не ограничиваясь, КГС (кислородо-гелиевых смесей), от температуры выше термонейтральных (45-65°С) до гипертермических (70-125°С) в трахею легких, сокращение соприкосновения нагретой смеси с элементами конструкции, уменьшение сопротивления вдоху и выдоху пациента, а также исключение необходимости дезинфекции газопровода. Технический результат заключается в уменьшении теплопотерь для сохранения температуры газового потока.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для ввода подогретой газовой смеси в полость рта, содержащем газопровод, нагреватель газовой смеси в виде теплообменника, клапан вдоха, клапан выдоха и средство для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта, газопровод, клапан вдоха и теплообменник выполнены из поливинилхлорида, при этом теплообменник снабжен теплоизолирующим чехлом. Средство для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта предпочтительно выполнено в виде наконечника с жесткой частью для зажима зубами, на которой установлен клапан выдоха, который может быть снабжен частью из эластичного материала для ввода в гортань, суженной на конце под конус. Средство для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта предпочтительно выполнено в виде маски с клапанной коробкой и клапаном выдоха.
На фиг. 1 приведена принципиальная поэлементная схема комплектации заявленного устройства (с маской);
на фиг. 2 - то же с наконечником в виде мундштука;
на фиг. 3 показана схема проведения процедуры с использованием наконечника с жесткой частью (вдох);
на фиг. 4 - то же (выдох);
на фиг. 5 показана схема проведения процедуры с использованием наконечника с жесткой и эластичной частью (вдох);
на фиг. 6 - то же (выдох);
на фиг. 7 показана часть устройства в базовой комплектации с точками замера температур во время проведения процедуры;
на фиг. 8 показана часть устройства в комплектации мундштуком и эластичной насадкой с точками замера температур во время проведения процедуры.
Предлагаемое устройство для ввода подогретой газовой смеси в полость рта состоит из нагревателя 1 газовой смеси в виде теплообменника с теплоизолирующим чехлом; клапанной коробки 2; маски 3 для предварительного прогрева полости рта; клапана вдоха 4; клапана выдоха 5; средства для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта в виде наконечника с жесткой частью 6 для зажима зубами, которая может быть выполнена в виде мундштука; переходника 7; газопровода 8; эластичной части 9 наконечника для ввода КГС в гортань, которая может быть выполнена в виде эластичной насадки, суженной на конце под конус и скошенной под углом от 30° до 45°.
Газохранилище для хранения газовой смеси, снабженное пневмораспределительной арматурой, нагреватель 1 и средство для обеспечения ввода подогретой газовой смеси в полость рта последовательно соединены газопроводом 8. В газопровод может быть встроено устройство, подающее лекарственные средства, в частности небулайзер и/или ручной ИВЛ. Газопровод 8 выполнен с возможностью подключения к нему дополнительного газового канала, соединенного с устройством, подающим лекарственные средства.
Газопровод 8, клапан 4 вдоха и теплообменник выполнены из материалов с низкой теплопроводностью, а именно из поливинилхлорида (ПВХ), что в сочетании с теплоизолирующим кожухом позволяет значительно уменьшить теплопотери и исключить ожег руки пользователя. Клапан 4 вдоха предпочтительно выполнен в виде обратного клапана, установлен на входе газопровода 8 в теплообменник. Клапан выдоха 5 установлен в верхней части, например, на маске 3 или на жесткой части 6 наконечника.
В предлагаемой полезной модели для сохранения температуры газового потока газовой смеси, проходящей по газопроводу, расформирована клапанная коробка: клапан вдоха 4 вынесен и установлен на входе перед теплообменником, а клапан выдоха 5 - в верхней части (фиг.1) или непосредственно на наконечнике (фиг.2), т.е. сформирован прямой кратчайший путь от нагревателя 1 к устройству ввода (наконечник), и сокращено соприкосновение нагретой КГС с элементами конструкции. При этом уменьшается сопротивление вдоху и выдоху пациента и теплопотери.
Полезная модель работает следующим образом.
Подогрев КГС происходит в нагревателе 1. Нагреватель представляет собой полую металлическую трубку, внутри которой по всей длине (т.е. по центральной продольной оси) установлена спираль из нихромовой проволоки. На спираль от источника питания подается постоянное напряжение, в результате которого она быстро разогревается. Для предотвращения соприкосновения спирали со стенкой металлической трубки, она помещена в керамический кожух. С внешней стороны металлическая трубка обернута теплоизоляционным нетканным материалом, помещена в пластиковый корпус и снабжена чехлом, который держит пациент. Нагрев КГС происходит по мере ее движения вдоль горячей поверхности спирали при вдохе пациента. Внутри нагревателя на выходе подогретого газа установлен датчик контроля температуры. При достижении установленной на пульте управления прибора температуры, датчик отключает нагреватель, а по мере охлаждения нагревателя - датчик вновь включает его на нагрев.
Дыхательная смесь на выдохе не попадает в подающий газопровод, т.к. клапан вдоха, установленный на входе теплообменника, играет роль обратного клапана, создает противодавление и препятствует попаданию выдыхаемой газовой смеси в подающий КГС газопровод, т.е. отпадает необходимость в его дезинфекции.
Все элементы газопровода, подводящие нагретую КГС к пациенту, выполнены из плохопроводящего тепло материала - поливинилхлорида, т.е. материала с низкой теплопроводностью, а сам теплообменник, для безопасности пациентов и персонала закрыт теплоизолирующим чехлом.
Если предположить, что микрофлора и вирусы случайно попали в канал вдоха, то нагретая выше термонейтральной температура их «убивает», т.е. не требуется дезинфекция внутреннего канала газоотвода для дыхательной смеси. Наконечник (загубник) снимается и дезинфицируется отдельно или заменяется. Сравним Т°С вводимой КГС при различных температурах согласно рекомендациям Минздрава от 28.04.2020, которые составляют 75-95°С (фиг. 7, 8).
Замеры температурных полей показывают, что при использовании маски (фиг. 7) средняя температура при вдохе 52-53°С (точка 3), т.к. газ, входя под маску, сразу «омывает» наружную и внутреннюю поверхности губ, десен, зубов и неба.
Учитывая большую теплопроводность гелия, его высокую температуропроводимость (10 раз большую, чем у воздуха) и относительно большую поверхность маски, он быстро остывает. Так как газ сухой, он сразу притягивает влагу от поверхности лица, слизистых поверхностей губ, неба, вызывает сухость в полости рта. Используя маску, получить температуру газовой смеси при входе в гортань выше 32-34°С (точка 4) затруднительно, не говоря о получении ожоговой травмы слизистой поверхности губ и неба. С другой стороны, использование маски необходимо для предварительного разогрева полости рта, гортани и трахеи на термонейтральных температурах.
При использовании мундштука (фиг. 8) без насадки мы можем получить температуру на выходе (точка замера 3) до 65°С, а так как газовый поток минует самые температурочувствительные зоны полости рта и губ, то дыхание остается комфортным, хотя сухость в гортани при однонаправленном действии потока появляется.
Если же удлинить мундштук на 7 см с помощью эластичной насадки, то среднюю температуру выходящей из мундштука КГС можно поднять до 56-60°С, но это уже смесь, непосредственно идущая в гортань. Чтобы рассеять поток, на выходе удлинителя мундштука необходимо сделать его с рациональным скосом, а кончик утонить на конус, чтобы он огибал небо.
Таким образом, сущность полезной модели состоит в том, что за счет чехла и выполнения основных элементов, контактирующих с горячей газовой смесью, из ПВХ, предлагаемое устройство имеет значительно меньшие теплопотери, чем известные аналоги. При этом в предлагаемом устройстве формируется прямоточный газоввод для подогретой КГС, который укорачивает путь подогретой смеси от нагревателя до полости рта, при этом исключен реверс выдыхаемой смеси в подающий канал, за счет установки клапана вдоха на входе теплообменника, который играет роль обратного клапана, т.е. исключены соответствующие дополнительные теплопотери и дезинфекция подающего газового канала. Кроме того, вместо маски может быть введен жесткий наконечник с эластичной насадкой, имеющей утонение на конус к его окончанию, и, обеспечивая максимально возможную температуру подогретой смеси с соблюдением мер безопасности для пациента.
Устройство может быть использовано для лечения органов дыхания, профилактики гипотермии (переохлаждения), профилактики инфекционно-воспалительных осложнений с использованием подогреваемых газовых смесей на основе инертных газов и возможностью ингаляций лекарственными средствами.
Пример использования. Пациент: мужчина, возраст 77 лет. Диагноз ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких) с астматическими компонентами. Постоянно принимал лекарственные средства и другие вспомогательные бронхо-активные вещества астматического компонента. Неоднократно применялось лечение с использованием подогретых кислородно-гелиевых смесей. Стойкой и полной ремиссии добиться не удалось.
Курс лечения: шесть ежедневных сеансов с использованием наконечников, в паузах для отдыха - прием упомянутых лекарственных средств. Итог - стойкая ремиссия. Исчез кашель, мокрота, хрипы в легких. Прием лекарственных препаратов прекращен. Самочувствие и работоспособность улучшились, стал больше двигаться, исчезла отдышка.