ТРЕНАЖЕР ДЫХАТЕЛЬНЫЙ
RESPIRATORY TRAINER

Изобретение относится к области здравоохранения и спорта, в частности к устройствам (аппаратам, приборам), обеспечивающим лечебное воздействие воздухом высокогорья. Оно необходимо как для здоровых людей, совершающих высокогорные подъемы, так и для лечения и реабилитации больных, при различных формах патологий, которые излечиваются в горноклиматических условиях.
Известен ингалятор [1], представляющий наружный сосуд, в котором коаксиально расположена трубка, представляющая собой аэрозольную камеру. На боковой поверхности нижнего конца трубки выполнены отверстия для прохода ингалируемого вещества и воздуха. Устройство используется как ингалятор и для насыщения воздуха ингалируемым веществом, обеспечения лечебного воздействия, но имеет недостаток, не может использоваться как дыхательный имитатор высокогорья.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гипоксикатор [2] (прототип), используемый в медицине и спортивной медицине, в сельском хозяйстве и других областях, являющийся источником обогащенного и обедненного кислородом воздуха. Гипоксикатор, фигура 1, содержит источник давления, газоразделительный модуль, вентиль и датчик расхода, снабжен подвижным корпусом с одним входным и двумя выходными патрубками, вакуумным компрессором, воздухозаборник которого сообщен со вторым выходом последнего мембранного модуля, а выход вакуумного компрессора - с воздухозаборником основного компрессора, что существенно увеличивает эффективность газоразделения.
Указанный результат достигается также особенностями выполнения самого мембранного модуля, который в отличие от известных решений, где элементы газоразделения выполнены в виде полимерных мембран в виде полого волокна, выполнен в виде пакета из газонепроницаемых прокладок, упругих тарельчатых диафрагм и газоразделительных мембран на пористых прокладках. При этом гипоксикатор может быть снабжен фильтром и/или увлажнителем, установленными между газоразделительным модулем и соответствующим выходным патрубком корпуса.
Рекомендуется гипоксикатор снабжать вентилятором, установленным с возможностью обдува основного и вакуумного компрессоров.
Формула изобретения
1. Гипоксикатор, содержащий источник давления, выполненный в виде основного компрессора, сообщенного с газоразделительным модулем, выполненным в виде последовательно соединенных мембранных модулей с двумя выходами, первый из которых через вентиль, установленный на входе датчика расхода, сообщен со вторым выходом последнего мембранного модуля, а вывод вакуумного компрессора - с воздухозаборником основного компрессора, при этом оба компрессора, газоразделительный модуль, вентиль и датчик расхода размещены в корпусе, входной патрубок которого сообщен с воздухозаборником основного компрессора, один из выходных патрубков корпуса со вторым выходом первого мембранного модуля, а второй выходной патрубок одним концом соединен со средством подсоединения к потребителю, а другим через вентиль и датчик расхода с первым выходом последнего мембранного модуля.
2. Гипоксикатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен фильтром и/или увлажнителем, установленными между газоразделительным модулем и соответствующим выходным патрубком корпуса.
3. Гипоксикатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен вентилятором, установленным с возможностью обдува основного и вакуумного компрессоров.
4. Гипоксикатор по пп.13, отличающийся тем, что датчик расхода гипоксикатора снабжен циферблатом, размещенным на корпусе.
5. Гипоксикатор по пп.14, отличающийся тем, что мембранный модуль выполнен в виде цилиндрического корпуса с входным и двумя выходными патрубками, первый из которых соединен с осевым коллекторным каналом пакета из газонепроницаемых прокладок, упругих тарельчатых диафрагм с профилированным центральным отверстием и газоразделительных мембран, закрепленных на пористых прокладках.
6. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что осевой коллекторный канал выполнен в виде полого опорного цилиндра с боковыми отверстиями.
7. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что тарельчатые диафрагмы выполнены вогнутыми в сторону входного патрубка корпуса мембранного модуля.
8. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что тарельчатые диафрагмы выполнены профилированными с двусторонними выступами.
9. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что он снабжен втулками с боковыми фланцами, между которыми размещены тарельчатые диафрагмы соответствующих пакетов.
10. Гипоксикатор по п.9, отличающийся тем, что втулки выполнены с осевыми двусторонними выступами, расположенными на их внутренней поверхности.
11. Гипоксикатор по п.9, отличающийся тем, что боковые фланцы втулок выполнены с кольцевой проточкой для газонепроницаемых прокладок.
12. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что тарельчатые диафрагмы выполнены из полистирола.
13. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что пористые прокладки выполнены из металлокерамики.
14. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что газоразделительная мембрана выполнена из поливинилтриметилсилана.
15. Гипоксикатор по п.5, отличающийся тем, что корпус мембранного модуля выполнен из стеклопластика.
16. Гипоксикатор по пп.1-15, отличающийся тем, что средство для подсоединения к потребителю выполнено в виде маски.
В гипоксикаторе [2] не предусмотрены средства, задающие давление вдыхаемого воздуха в соответствии с предполагаемой высотой подъема, и поэтому его нельзя использовать в качестве дыхательного имитатора высокогорья.
Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является создание малогабаритного автономного и недорогого тренажера, поддерживающего давление вдыхаемого воздуха в соответствии с предполагаемой высотой подъема и очищающего выдыхаемую воздушную смесь от углекислого газа.
Поставленная задача решена следующим образом: в дыхательный индивидуальный тренажер, содержащий патрубок с дыхательной маской, введены согласно предлагаемому изобретению следующие существенные отличительные признаки: сосуд с двумя отверстиями для сообщения с воздушным насосом и для патрубка с дыхательной маской, систему автоматической стабилизации давления в сосуде, включающающую воздушный насос, представляющий собой управляемый двигатель с вентилятором, создающий разрежение воздуха в сосуде в соответствии с заданной высотой над уровнем моря, датчик давления, закрепленный внутри сосуда, регулятор давления, управляемый вручную в соответствии с заданной высотой подъема, устройство регулировки оборотов двигателя воздушного насоса.
Тренажер дыхательный, фигура 2, содержит следующие узлы: патрубок с дыхательной маской 1, сосуд 2 с двумя отверстиями, воздушный насос 3, датчик давления 4, регулятор давления 5, устройства регулировки оборотов 6, причем патрубок с дыхательной маской 1 соединен через первое отверстие с сосудом 2, а второе его отверстие соединено с воздушным насосом 3, а датчик давления 4 расположен внутри сосуда 2, выход датчика давления 4 соединен с первым входом устройства регулировки оборотов 6, второй вход которого соединен с регулятором давления 5, а выход устройства регулировки оборотов подсоединен к двигателю воздушного насоса 3.
Работает устройство следующим образом. Атмосферный воздух попадает в сосуд 2 через отверстие, подсоединенное к воздушному насосу 3, представляющему собой двигатель-вентилятор, верхнее отверстие соединено с патрубком дыхательной маски 1. Регулятор давления 5 задает давление, 4 соответствующее выбранной высоте над уровнем моря. Электрический сигнал с выхода датчика давления 4 поступает на один из входов устройства регулировки оборотов 6 двигателя-вентилятора. На второй вход устройства регулировки оборотов 6 подается сигнал с регулятора давления 5. Сигнал с выхода устройства регулировки оборотов 6 подается на двигатель воздушного насоса 3. Постоянство давления в сосуде 2 при дыхании обеспечивается автоматическим слежением за ним и соответствующим изменением числа оборотов двигателя воздушного насоса 3 и направлением вращения его при каждом вдохе и выдохе. При вдохе и выдохе углекислый газ внутри тренажера не накапливается, так как двигатель-вентилятор изменяет не только число оборотов, но и направление вращения в зависимости от вдоха и выдоха тренируемого человека.
Организм человека хранит генетическую память о жизни при низком содержании кислорода в окружающей среде и легко адаптируется к гипоксии. Тренеру любого вида спорта известно, что из всех физических качеств (быстрота, сила и др.) выносливость тренируется легче других.
Все известные в мире анклавы долгожителей расположены в селениях среднегорья на высоте 1400-2500 метров над уровнем моря. Продолжительность жизни населения внизу, в долинах и на уровне моря значительно короче.
При подъеме на высоту одновременно уменьшаются атмосферное давление, парциальное давление кислорода в атмосфере и легочных альвеолах. На высоте 4500 м, где расположены самые высокогорные поселения человека, парциальное давление кислорода в легочных альвеолах в два с лишним раза ниже, чем на уровне моря. Даже при подъеме на меньшие высоты организм начинает ощущать недостаток кислорода, несмотря на высокую способность гемоглобина крови к связыванию кислорода. При быстром подъеме в горы возникает совокупность физиологических расстройств, называемых горной болезнью, что в основном связано с кислородной недостаточностью.
Тренажер позволяет менять разрежение воздуха, плавно помогая организму адаптироваться к условиям высокогорья. Во время занятий на тренажере происходит положительная перестройка деятельности основных регуляторных систем дыхания и кровообращения.
Начинать тренировочные и лечебно-профилактические занятия на тренажере надо постепенно, наращивая время и «высоту подъема» от занятия к занятию.
При выборе границ тренировочных диапазонов авторы руководствовались следующими соображениями: тренировка, создаваемая при сеансе дыхания обедненной кислородом смесью, может считаться в том случае полезной, если при различных концентрациях кислорода частота сердечных сокращений при проведении сеанса не повысится более чем на 10-15 ударов в минуту, а давление крови останется в пределах физиологической нормы.
Продолжительность каждого сеанса занятий на тренажере в среднем составляет 20-30 минут, количество сеансов - 1-2 в день для лечебных целей и соответственно большее количество для спортивных тренировок. Каждый сеанс занятий проводится в режиме обычного дыхания.
Для облегчения привыкания и увеличения комфорта предусмотрена дыхательная маска, позволяющая организовать дыхание ртом или носом по своему выбору.
Авторы уверены, что тренажер будет полезен всем, кто желает улучшить здоровье и увеличить продолжительность жизни.
Литература
1. Патент ГДР №55757, кл. А61М 15/00, 1967.
2. Патент РФ №2074742, 1995 г.