Аппарат вентиляции легких жидкостью
DEVICE FOR LUNG VENTILATION WITH FLUID

Изобретение относится к области экспериментальной медицины и биологии и может быть использовано для изучения контролируемой по объему вспомогательной, принудительной и спонтанной вентиляции легких дыхательной жидкостью.
Известен аппарат жидкостного дыхания (А.с. СССР №2562980, кл. А61Н 31/02), содержащий дозировочные насосы с приводом и блоком управления, поглотитель углекислоты, оксигенатор с переменными рабочими и нерабочей емкостями, стабилизатор температуры, дозатор кислорода, клапаны избыточного давления и разрежения, электромагнитные клапаны, присоединительный элемент. В известном аппарате дозирование дыхательной жидкости в оксигенатор осуществляется одним насосом, а нагнетание в легкие из оксигенатора - другим насосом, причем, при дозировании дыхательной жидкости в оксигенатор доза дыхательной жидкости обмеряется насосом по числу оборотов выходного вала и, кроме того, в это время ограничитель объема в оксигенаторе должен быть вручную установлен в положение, соответствующее заданной дозе насоса. Однако, получить соответствие дозы насоса и объема в оксигенаторе от разных датчиков практически не представляется возможным. Кроме того, происходит перерасход дыхательной жидкости. При таком несоответствии в емкости оксигенатора необходимо устанавливать клапан избыточного давления, что приводит в конечном итоге к понижению точности дозирования оксигенированной дыхательной жидкости. Выполнение устройства с двумя попеременно работающими насосами усложняет конструкцию, увеличивает массогабаритные характеристики, а также понижает надежность и долговечность устройства в результате работы электродвигателей в режимах частой остановки.
Наиболее близким к заявленному является аппарат вентиляции легких жидкостью (Аппарат жидкостного дыхания) по А.с. СССР №764677, МПК А61Н 31/02, содержащий дозировочный насос с приводом и блоком управления, поглотитель углекислоты (регенератор), оксигенатор с основным и сообщающимся с атмосферой дополнительным сильфоном, емкость для дыхательной жидкости и переменный дроссель, соединенный через электромагнитные клапаны (распределители) со входом и выходом дозировочного насоса и с основным сильфоном оксигенатора, причем вход дозировочного насоса связан с присоединительным к легким элементом, отсекающим линию вдоха от линии выдоха. При этом у данного аппарата отсутствует контроль по давлению на входе и на выходе из легких, отсутствует контроль объема закачиваемой и выкачиваемой из легких дыхательной жидкости (контролируется только количество вращений вала насоса, а не фактический объем). Кроме того, в режимах работы устройства не предусмотрена возможность дозаполнения оксигенатора вследствие потери части объема дыхательной жидкости из-за технических причин или неудачной попытки откачать дыхательную жидкость из легких на стадии выдоха в запланированном объеме, а также не предусмотрена система газоотвода не растворившегося в дыхательной жидкости кислорода и/или откачанного при выдохе из легких объема воздуха.
Аппараты вентиляции легких жидкостью, описания которых приведены выше, помимо отмеченных недостатков являются сложными в эксплуатации.
При использовании предлагаемого изобретения обеспечивается расширение функциональных возможностей аппарата вентиляции легких жидкостью при одновременном упрощении конструкции.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является реализация контролируемой по объему вспомогательной, принудительной и спонтанной вентиляции легких дыхательной жидкостью, а также обеспечение возможности подбора физико-химических характеристик дыхательной жидкости и режимов дыхания.
Технический результат достигается тем, что в аппарате вентиляции легких жидкостью, включающем трубопровод для циркуляции дыхательной жидкости, содержатся связанные между собой мембранный насос, бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом, автоматические электромагнитные пропорциональные клапаны, тягонапорометр, весы, блок управления. Система циркуляции дыхательной жидкости выполнена в виде двух контуров, которые объединены между собой мембранным насосом, при этом один из контуров подключен через тройник (например, в виде Y-образной трубки) к эндотрахеальной трубке и снабжен тягонапорометром для обратной связи с блоком управления, а второй - к баку-накопителю для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом.
Отличительной особенностью изобретения является использование одного мембранного насоса для обеспечения закачки и удаления дыхательной жидкости из легких, а также подачи дыхательной жидкости в контур бака-накопителя для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом. В процессе функционирования устройства мембранный насос работает постоянно, а управление динамическим перераспределением дыхательной жидкости между баком-накопителем для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом и легкими происходит за счет открывания/закрывания автоматических электромагнитных пропорциональных клапанов (АЭПК) блоком управления.
Данная особенность обеспечивает следующие преимущества:
- отсутствие перепадов давления при запуске и выключении мембранного насоса за счет его непрерывной работы;
- при постоянной работе мембранного насоса повышается ресурс его приводного электродвигателя, так как нет частых запусков и остановок;
- сокращается время переключения потоков дыхательной жидкости по сравнению с управлением посредством включения/выключения мембранного насоса за счет управления динамическим перераспределением дыхательной жидкости между баком-накопителем для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом и легкими при использовании АЭПК;
- мембранный насос позволяет удалять воздух из легких и переводить с газового на вспомогательное, принудительное и спонтанное жидкостное дыхание в автоматическом режиме (без предварительной заливки дыхательной жидкости в легкие);
- мембранный насос устойчив к попаданию из легких в гидравлический тракт газовых пузырьков, позволяет осуществлять широкий диапазон регулировки параметров (объема подаваемой/извлекаемой дыхательной жидкости, давления, времени вдоха и выдоха и т.д.) в отличие от поршневых насосов, где объем закачиваемой/выкачиваемой дыхательной жидкости и точность его регулировки определяются объемом поршня.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена его принципиальная схема; на фиг. 2 - бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом, вариант выполнения.
Аппарат вентиляции легких жидкостью содержит мембранный насос 1, АЭПК 2, 3, 4 и 5, бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом 6, весы - 7, тройник 8, тягонапорометр 9, блок управления 10 и переменные составляющие: эндотрахеальную трубку 11, легкие - 12. Позиции 11 и 12 непосредственно к аппарату вентиляции легких жидкостью не относятся, показаны условно.
Предлагаемое устройство состоит из двух контуров циркуляции дыхательной жидкости: контура подготовки дыхательной жидкости и контура закачки и удаления дыхательной жидкости, контуры имеют общий мембранный насос 1, элементы контуров соединены трубопроводами, как показано на фиг. 1.
В контур подготовки дыхательной жидкости входят АЭПК 2 и 3, а также бак-накопитель для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом 6, который состоит из бака-накопителя 13, оксигенатора (газообменной колонки) 14 и термостата 15. Схема бака-накопителя для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом приведена на фиг. 2. Весы 7 на фиг. 1 и 2 показаны условно.
В контур закачки и удаления дыхательной жидкости входят эндотрахеальная трубка 11, которая одним концом вставлена в трахею, а другим концом, к которому подключен тягонапорометр 9, соединена с тройником 8, последний соединен с АЭПК 4 и 5. Работой АЭПК 2, 3, 4 и 5 управляет блок управления 10 на основании показаний весов 7 и тягонапорометр 9 по принципу обратной связи таким образом, что в легкие подается/извлекается заданный объем дыхательной жидкости при заданном давлении/разряжении.
АЭПК 2, 3, 4 и 5 представляют собой двухходовые регулирующие электромагнитные клапаны с сервоприводом и предназначены для бесступенчатого регулирования расходов жидкости в системе циркуляции дыхательной жидкости.
Блок управления 10 состоит из сенсорной панели оператора и предназначен для наглядного отображения значений параметров и оперативного управления ими, а также ведения архива событий или значений. Конфигурирование блока управления осуществляется через его программирование в специальной программной среде.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
Устройство используют в следующих режимах.
1. Принудительное жидкостное дыхание (ЖД).
В этом режиме работы вход/выход дыхательной жидкости в/из легких обеспечивается за счет работы мембранного насоса. Дыхательный цикл состоит из 4 фаз. Переход между фазами осуществляется с помощью открытия/закрытия АЭПК (2-5) следующим образом:
1.1. фаза вдоха - АЭПК 2, 4 - в состоянии «закрыто», АЭПК 3 - в состоянии полностью «открыто», АЭПК 5 - в состоянии частично «открыто», степень открытия АЭПК 5 определяется достижением заданного давления на тягонапорометре 9 и регулируется по принципу обратной связи с помощью блока управления 10;
1.2. пауза после вдоха АЭПК 2-3 в состоянии полностью «открыто», АЭПК 4-5 в состоянии полностью «закрыто»;
1.3. фаза выдоха - АЭПК 3, 5 - в состоянии «закрыто», АЭПК 4 - в состоянии полностью «открыто», АЭПК 2 - в состоянии частично «открыто», степень открытия АЭПК 2 определяется достижением заданного разряжения на тягонапорометре 9, и регулируется по принципу обратной связи с помощью блока управления 10;
1.4. пауза после выдоха - состояние АЭПК аналогично фазе 2. Продолжительность фаз вдоха и выдоха определяется достижением необходимого закачиваемого/выкачиваемого объемов, определяемых по изменению массы бака-накопителя 13 бака-накопителя для дыхательной жидкости с оксигенатором и термостатом 6 с помощью весов 7 и блока управления 10. Продолжительность пауз устанавливается оператором через блок управления 10.
2. Вспомогательное ЖД.
Отличие данного режима от принудительного ЖД заключается в том, что во время паузы между выдохом и вдохом блоком управления производится анализ амплитудной характеристики показаний тягонапорометра с целью детекции попытки самостоятельного вдоха. При детекции данной попытки пауза прекращается, и программа автоматически переводится на фазу вдоха. В случае если попытка вдоха отсутствует, программа переходит в фазу вдоха по истечению времени паузы.
3. Спонтанное (самостоятельное) ЖД.
В этом режиме работы вход/выход дыхательной жидкости в легкие обеспечивается за счет работы дыхательной мускулатуры, а мембранный насос обеспечивает постоянную подачу оксигенированной дыхательной жидкости на вход эндотрахеальной трубки при давлении равном атмосферному, а блок управления - регистрацию параметров дыхания, указывающих на возможность спонтанного ЖД. В данном режиме АЭПК 2-5 находятся в состоянии частично «открыто». Степенью открытия АЭПК подбирается такой баланс течения дыхательной жидкости, чтобы скорость потока дыхательной жидкости в обоих контурах была приблизительно одинакова (определяется с помощью блока управления оператором визуально), а давление на входе в эндотрахеальную трубку равнялось атмосферному.
Таким образом, предлагаемый аппарат вентиляции легких жидкостью обеспечивает возможность изучения контролируемой по объему вспомогательной, принудительной и спонтанной вентиляции легких дыхательной жидкостью, а также обеспечение возможности подбора параметров дыхания и физико-химических характеристик дыхательных жидкостей.
Аппарат вентиляции легких жидкостью может найти широкое применение в области экспериментальной биологии и медицины.