Устройство для проведения релаксирующей дыхательной гимнастики

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к средствам обучения дыхательной гимнастике при заболеваниях дыхательной и сердечно-сосудистой систем, функциональных расстройствах дыхания и может быть использовано в терапии и пульмонологии для обучения больного управляемому дыханию в замедленном ритме с помощью заданного, формируемого аппаратом эталонного ритма дыхания, а для принудительной синхронизации ритма дыхания осуществляется электростимуляция экспираторных мышц брюшной стенки на выдохе.
Бронхиальная астма относится к числу наиболее распространенных заболеваний. В существующих зарубежных ((British guideline on the management of asthma, 2016, www.brit-thoracic.org.uk; GINA Report, Global Strategy for Asthma Management and Prevention? updated 2017, www.ginasthma.or) и отечественных (Бронхиальная астма, клинические рекомендации 2016. Профессиональные ассоциации: МОО Российское респираторное общество, ММО Педиатрическое респираторное общество) рекомендациях по лечению бронхиальной астмы указывается на использование дыхательных упражнений, направленных на уменьшение гипервентиляции, с целью уменьшения симптомов, повышения качества жизни и меньшего использования бронходилятаторов при бронхиальной астме. Контроль гипервентиляции необходим и у больных гипертонической болезнью (В.В. Щекотов, П.Н. Варламов, П.И. Урбан «Гипервентиляция как фактор риска эндотелиальной дисфункции у больных гипертонической болезнью», Медицинский альманах, 2011, №3 (16), с. 76-77.).
К одним из перспективных направлений лечения является обучение больных методам релаксирующей дыхательной гимнастики, в основе которой лежат способы уменьшения гипервентиляции путем урежения числа дыхательных движений пациента. Сущность этих методов лечения заключается в обучении пациентов произвольному управлению дыханием с помощью аппаратных средств аудиовизуализации целевых характеристик дыхательных движений.
Известен аппарат для коррекции дыхания (прибор контроля дыхания "РИТМ"), содержащий датчик дыхания с ремнем для крепления на брюшной стенке пациента и электронный блок, включающий световой индикатор (сигнальную лампу) и двухтональный звуковой сигнализатор (проспект завода "Радиоприбор", Санкт-Петербург, производство с 1988 г.).
В фазе вдоха включается сигнальная лампа, а звуковой сигнализатор издает сигнал высокого тона. В фазе выдоха сигнальная лампа гаснет, а звуковой сигнализатор издает сигнал низкого тона. В фазе дыхательной паузы звуковой сигнализатор "молчит". Такой алгоритм работы позволяет пациенту отслеживать ритм своего дыхания, например, урежать его во время приступа бронхиальной астмы, когда ритм дыхания учащается.
Недостатком прибора является отсутствие возможности оценивать, насколько пациенту удалось нормализовать дыхание, то есть в какой степени длительность вдоха, выдоха, паузы и частота дыхания близки к значениям физиологической нормы (эталону нормы).
Известен аппарат для коррекции дыхания с биологической обратной связью, содержащий блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу блока питания, причем контроллер связан двунаправленной многоразрядной шиной с блоком индикации и блоком установки параметров эталонного дыхания и его выход подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - к второму входу контроллера (патент РФ №2215472, А61В 5/08).
При лечении бронхиальной астмы данный аппарат позволяет задавать эталонные параметры нормального дыхания для пациента и осуществлять оптимальное управление этими параметрами в процессе лечения. При этом схемотехническое решение аппарата и его программное обеспечение исключают возможность задания врачом несовместимых сочетаний параметров дыхания, поскольку каждому устанавливаемому значению частоты дыхания соответствуют физиологически обоснованные оптимальные значения длительности вдоха, выдоха и паузы. Это обеспечивает безопасность и повышает эффективность лечения. Работа данного аппарата и соответствующие методики лечения пациентов основаны на обеспечении синхронизации ритма собственного дыхания пациента и эталонного ритма. Степень этой синхронизации определяется самим пациентом визуально путем сравнения высоты светящихся столбиков линейных индикаторов, индицирующих ритм собственного дыхания и эталонный ритм. Применение данного аппарата в клинической практике подтвердило его безопасность и эффективность при лечении.
Процесс непрерывного визуального сравнения пациентом непрерывно изменяющихся высот обоих столбиков индикаторов достаточно сложен. Это обусловливает определенную затяжку процесса обучения пациента синхронизации ритма дыхания и эталонного ритма и определенное ограничение эффективности лечения.
Известен также аппарат для коррекции дыхания с биологической обратной связью АКД-04 (паспорт АФИН 941589.001 ПС), содержащий контроллер, соединенный двунаправленной многоразрядной шиной с блоком индикации, усилитель-преобразователь, датчик дыхательной активности пациента, регулятор установки нуля, регулятор усиления, линейный индикатор дыхательных движений пациента, генератор эталонного ритма дыхания с регуляторами длительности вдоха, выдоха и частоты, линейный индикатор эталонных дыхательных движений и блок питания.
Перед началом сеанса на груди пациента укрепляют датчик и включают прибор. Аппарат АКД-04 обеспечивает возможность контроля параметров внешнего дыхания, позволяет визуализировать движения дыхательной мускулатуры пациента на линейный индикатор дыхательных движений пациента. Эти движения индицируются в виде пульсирующего столбика. При вдохе высота столбика увеличивается, при выдохе - уменьшается. На параллельно расположенном линейном индикаторе визуализируется эталонный ритм дыхания в виде такого же пульсирующего столбика. Задача пациента состоит в синхронизации пульсаций светового столбика собственного дыхания с пульсацией столбика эталонного ритма. Параметры эталонного ритма дыхания в ходе лечебной процедуры изменяются: врач или сам пациент периодически постепенно увеличивают длительность фаз вдоха, выдоха и частоту эталонного ритма, вращая соответствующие регуляторы.
Необходимость многократно манипулировать по ходу сеанса тремя независимыми регуляторами является существенным недостатком данного аппарата. Кроме того, независимая аналоговая регулировка параметров эталонного дыхания - длительности вдоха и выдоха - может привести к получению сочетаний, несовместимых с установленным значением частоты. Это снижает эффективность лечения бронхиальной астмы и может привести к ухудшению состояния пациента.
Известна система для тренировки дыхательной синусовой аритмии, в которой при выполнении упражнений дыхательной гимнастики пользователь обучается сознательной синхронизации собственного дыхания с фазами дыхательного симулятора, выполненного в виде графического индикатора на дисплее устройства, причем с помощью биологической обратной связи посредством электрокардиографических датчиков или фотоплетизмографического датчика устройство обеспечивает индивидуальный подбор эффективного, с точки зрения выраженности дыхательной синусовой аритмии, паттерна дыхательного симулятора (патент US №6305943, МПК G09B 23/28, публ. 2001 г.).
Система не лишена недостатков. Графический образ дыхательного симулятора, выполненный в виде вытянутой и расположенной вертикально прямоугольной области, заполнение которой имитирует фазы дыхания, изменяет направление взгляда пользователя при синхронизации собственного дыхания, что приводит к отвлечению внимания.
Известен аппарат для коррекции дыхания с биологической обратной связью, содержащий контроллер, двунаправленной многоразрядной шиной связанный с блоком цифровой индикации, который включает индикатор дыхания пациента и индикатор эталонного дыхания, выход контроллера подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - ко второму входу контроллера, и блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока цифровой индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, причем аппарат снабжен блоком установки параметров эталонного дыхания, который содержит регуляторы увеличения и уменьшения частоты эталонного дыхания и установки нуля на индикаторе дыхания пациента, а блок цифровой индикации дополнительно содержит индикатор частоты эталонного дыхания, при этом контроллер и блок установки параметров эталонного дыхания связаны двунаправленной многоразрядной шиной (патент на изобретение РФ № 22154727, А61В 5/08, публ. 10.11.2003 г.).
Аппарат при лечении бронхиальной астмы позволяет обучить пациента дыханию с пониженной частотой (в замедленном ритме), уменьшенной длительностью вдоха и увеличенной продолжительностью выдоха. В занятиях с аппаратом частоту дыхания больного постепенно понижают, причем отношение вдоха, выдоха и паузы сначала устанавливается 1:1:1, затем 1:2:2. Некоторые больные предпочитают дышать очень редко - порядка 6-8 вдохов в минуту - и с соотношением 1:3:3. Продолжительность занятия с аппаратом 4-5 минут, курс - 6-7 занятий. Недостаток аппарата заключается в субъективности пассивной биологической обратной связи, которая зависит от временной реакции пациента на изменение цифровой индикации параметров.
Известен корректор дыхания с биологической обратной связью, содержащий контроллер, двунаправленной многоразрядной шиной связанный с блоком цифровой индикации и блоком установки параметров эталонного дыхания, выход контроллера подключен к третьему входу усилителя-преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу регулятора усиления, пятый вход - к выходу датчика дыхательных движений, а выход - к второму входу контроллера, и блок питания, первый выход которого подключен к первым входам контроллера, блока цифровой индикации, датчика дыхательных движений и усилителя-преобразователя, второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, причем блок индикации снабжен индикатором рассогласования ритма дыхания, соединенным с двунаправленной многоразрядной шиной блока индикации и первым выходом блока питания, индикатор рассогласования ритма дыхания выполнен в виде светодиодного блока, содержащего два световых диода различного цвета, подключаемых в зависимости от замедления или учащения дыхания, или в виде акустического блока, содержащего генератор звуковых сигналов с пьезокерамическим звуковым излучателем, выполненные с возможностью генерации звуковых сигналов высокого или низкого тона в зависимости от замедления или учащения дыхания (патент на изобретение РФ № 2248750, МПК А61В 5/08, опубл. 27.03.2005 г.).
Пациент следит за сигналами индикатора рассогласования ритма дыхания и старается добиться синхронизации собственного ритма с эталонным, то есть добиться того, чтобы светодиоды "чаще" и "реже" не зажигались, или же чтобы не включался звуковой сигнал.
Недостаток известного устройства в применении косвенного влияния на ритм дыхания пациента через органы его зрения (видеосигналы) или слуха (аудиосигналы). Субъективность восприятия аудио- и видеосигналов зависит от возраста пациента, степени его заболевания, что снижает эффективность корректора дыхания.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является прибор ритмической дыхательной гимнастики, включающий процессор с программами ритма дыхания, вход и выход которого соединены соответственно с коммутатором указанных программ и устройством отображения параметров дыхания, блоком хранения и выдачи музыкальных звуковых сигналов для заданного ритма дыхания, вход и выход которого соединены соответственно с регулятором громкости звуковых сигналов и устройством воспроизведения звуковых сигналов (патент US 5076281, А61В 5/08, опубл. 31.12.1991 г.).
Музыкальный ритм, имитируя фазы дыхания, расслабляет и отвлекает внимание пациента при синхронизации с ним собственного дыхания, что снижает эффективность и оперативность дыхательной гимнастики пациентов с разной степенью заболеваний в различных возрастных группах. Косвенная пассивная биологическая обратная связь (БОС) не способствует быстрому обучению и облегчению дыхания.
Технический результат полезной модели заключается в снижении влияния субъективных особенностей пациентов в восприятии аудио- и видеосигналов эталонных параметров дыхания (в зависимости от степени их заболевания и возраста) для сокращения сроков обучения и повышения эффективности лечения психосоматических заболеваний, ассоциированных с гипервентиляцией (бронхиальная астма, артериальная гипертония, тревожные расстройства) путем прямого влияния на ритм дыхания пациента электростимуляцией экспираторных мышц брюшной стенки на выдохе.
Технический результат достигается тем, что устройство проведения релаксирующей дыхательной гимнастики, включающее процессор с программами эталонных параметров дыхания, вход и первый выход которого соединены соответственно с блоком коммутации указанных программ и устройством отображения эталонных параметров дыхания, блок хранения и выдачи эталонных сигналов для заданной программы параметров дыхания, первый и второй входы и выход которого соединены соответственно с регулятором параметров эталонных сигналов, вторым выходом процессора и устройством воспроизведения эталонных сигналов, введен блок электростимуляции, первый вход и выход которого соединены соответственно со вторым выходом процессора и накожными электродами для электростимуляции, причем блок электростимуляции экспираторных мышц брюшной стенки выполнен с возможностью включения на выдохе в каждой выбранной программе параметров дыхания.
Процессор предпочтительно содержит до 30 заданных программ параметров дыхания с постепенным понижением частоты дыхания.
В программах параметров дыхания заданная длительность выдоха превышает заданную длительность вдоха.
Блок электростимуляции экспираторных мышц брюшной стенки целесообразно выполнить с возможностью подачи на накожные электроды импульсов тока не более 30 мА при напряжении не более 70 В.
Целесообразно устройство воспроизведения эталонных сигналов для заданной программы параметров дыхания выполнить в виде сигнализатора команд пациенту на вдох и выдох, в том числе речевого, звукового, светового, визуального или комбинированного типа.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - процессор;
2 - блок коммутации программ эталонных параметров дыхания;
3 - устройство отображения эталонных параметров дыхания (в виде дисплея);
4 - блок хранения и выдачи эталонных сигналов (для выдачи команд пациенту на вдох и выдох для заданной программы параметров дыхания);
5 - регулятор параметров эталонных сигналов;
6 - устройство воспроизведения эталонных сигналов (команд пациенту на вдох и выдох);
7 - блок электростимуляции;
8 - первый накожный электрод (для электростимуляции);
9 - второй накожный электрод (для электростимуляции);
10 - регулятор силы электростимуляции;
11 - корпус.
Устройство проведения релаксирующей дыхательной гимнастики включает (фиг. 1) процессор 1 с программами эталонных параметров дыхания, блок 2 коммутации программ эталонных параметров дыхания, устройство 3 отображения эталонных параметров дыхания в виде дисплея, блок 4 хранения и выдачи эталонных сигналов пациенту (для выдачи команд пациенту на вдох и выдох для заданной программы эталонных параметров дыхания), регулятор 5 параметров эталонных сигналов, устройство 6 воспроизведения эталонных сигналов (команд пациенту на вдох и выдох), блок 7 электростимуляции экспираторных мышц брюшной стенки, первый и второй накожные электроды 8, 9 для электростимуляции.
Процессор 1 с программами эталонных параметров дыхания входом и первым выходом соединен соответственно с блоком 2 коммутации указанных программ и устройством 3 отображения эталонных параметров дыхания. Блок 4 хранения и выдачи эталонных сигналов (для заданной программы эталонных параметров дыхания) первым и вторым входом и выходом соединен соответственно с регулятором 5 параметров эталонных сигналов, вторым выходом процессора 1 и устройством 6 воспроизведения эталонных сигналов. Блок 7 электростимуляции экспираторных мышц брюшной стенки выполнен с возможностью включения на выдохе в каждой выбранной программе эталонных параметров дыхания и соединен первым входом и выходом соответственно со вторым выходом процессора 1 и первым, вторым накожными электродами 8, 9 для электростимуляции при импульсах тока не более 30 мА и напряжении не более 70 В. Регулятор 10 силы электростимуляции дыхательных мышц подключен выходом ко второму входу блока 7 электростимуляции.
Процессор 1 может содержать до 30 программ эталонных параметров дыхания с постепенным понижением частоты дыхания. Устройство работает следующим образом.
Пациент при проведении сеанса дыхательной релаксирующей гимнастики находится в положении лежа или полусидя, например, в кресле. Первый и второй накожные электроды 8, 9 накладываются на верхний отдел передней брюшной стенки для электростимуляции экспираторных дыхательных мышц.
Пациент выбирает в процессоре 1 с помощью блока 2 коммутации программ эталонных параметров дыхания параметр дыхания, близкий к индивидуальному дыханию, из диапазона от 20 до 6 дыхательных движений в минуту. В соответствии с выбранным пациентом параметром дыхания, процессор 1 выдает визуальные команды на дисплей 3 и направляет информацию в блок 4 хранения и выдачи эталонных сигналов (например, звуковых, световых, графических или комбинированных) для воспроизведения эталонных сигналов (соответствующих состоянию «вдох» - «выдох») в устройстве 6 воспроизведения эталонных сигналов, и блок 7 электростимуляции экспираторных дыхательных мышц, который формирует электрический ток и с помощью накожных электродов 8, 9 осуществляет электростимуляционное воздействие на мускулатуру экспираторных мышц брюшной стенки в фазу выдоха пациента.
С помощью регулятора 10 устанавливается комфортная сила электростимуляционного воздействия. Интенсивность эталонных сигналов (например, громкость звуковых сигналов или яркость световых сигналов и контрастность графических изображений) регулируется с помощью регулятора 10 эталонных сигналов (громкости, яркости, контрастности).
Первый сеанс пациент проводит в режиме 20-14 дыхательных движений в минуту. В последующие дни пациент выполняет тренировки с постепенным уменьшением числа дыханий до 10-6 в минуту в последних сеансах тренировочного курса.
Тренд урежения числа дыханий подбирается пациентом с учетом самочувствия и адаптации к более низкой частоте дыхательных движений. Ритмическое электростимуляционное воздействие на область экспираторных мышц брюшной стенки в фазу выдоха затрудняет возможность выполнить вдох, тем самым оптимизирует эффекты тренинга.
Оптимальный тренировочный курс рассчитан на 10-14 дней и включает 2-3 сеанса в день по 15-20 минут каждый.
Комбинация представления пациенту задаваемых эталонных параметров дыхания с помощью аудиовидео команд в сочетании с электростимуляционным воздействием позволяет повысить эффективность тренировок дыхания улучшить усвоения заданных параметров дыхания. При лечении бронхиальной астмы задача состоит в уменьшении явлений гипервентиляции путем обучения пациента дыханию с пониженной частотой (в замедленном ритме), уменьшенной длительностью вдоха и увеличенной продолжительностью выдоха.
Предлагаемое устройство апробировано у 46 больных с гипервентиляционным синдромом, который развился у больных бронхиальной астмой и при нейроциркуляторной дистонии. Сеансы дыхательной гимнастики проводились два раза в день в отдельной комнате в положении лежа длительностью 20 минут, в течение 10 дней. Больным предлагалось дополнительно 3-4 раза в сутки самостоятельно проводить дыхательные упражнения, сидя в кресле или лежа.
Применение предлагаемого устройства при лечении бронхиальной астмы заключается в обучении пациента дыханию с уменьшенной частотой (в замедленном ритме) за счет увеличения продолжительности вдоха и увеличения продолжительности выдоха, что способствует релаксации и уменьшению проявлений гипервентиляции. Клинические результаты заключаются в уменьшении клинической симптоматики, снижении объема лекарственной терапии, удлинении ремиссии.
Патентуемое устройство позволяют существенно сократить длительность процесса синхронизации индивидуального дыхания с эталонным и оптимизировать для пациента его проведение за счет использования сочетанного воздействия различных по конструктивной реализации средств уменьшения рассогласования ритма дыхания (визуального или акустического типа и электростимуляции) для обеспечения удлинения выдоха.
Применение изобретения позволяет самостоятельно в короткие сроки осваивать упражнения дыхательной релаксирующей гимнастики, сознательно синхронизировать собственное дыхание с командами эталонного дыхания, позволяет эффективно концентрироваться и сохранять устойчивость внимания на синхронизации собственного дыхания с помощью текстовых, звуковых или световых команд, которые направляют необходимые действия органов собственного дыхательного в соответствии с индивидуальными потребностями пользователя.
Разработанное устройство эффективно в лечении бронхиальной астмы, вегетососудистой дистонии, гипертонической болезни, гипервентиляционного синдрома, тревожных расстройств.
Использование электростимуляции дыхательных мышц брюшной стенки оказывает прямое управляемое воздействие в отличие от других известных косвенных влияний только через орган зрения (визуальное) или слуха (аудио).
Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключаются в облегчении дыхания, лучшем самостоятельном усвоении пациентом заданных эталонных параметров дыхания и повышении эффективности обучения за счет использования положительных факторов электростимуляции экспираторных дыхательных мышц брюшной стенки (релаксирующее действие, облегчение дыхания).