DE60215122T2

DE60215122T2 - Vorrichtung und methode zur messung des respiratorischen sauerstoffverbrauchs

Info

Publication number: DE60215122T2
Application number: DE60215122T
Authority: DE
Inventors: Peter Austen Padiham Bradley
Original assignee: Nutren Technology Ltd
Current assignee: Nutren Technology Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: US20040082871A1; GB0103951D0; EP1359834B1; WO2002065934A1; DE60215122D1; EP1359834A1; JP2004528071A; GB2372325A; ES2274963T3; ATE341273T1; US7060036B2; GB2372325B

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Berechnung eines Atemsauerstoffverbrauchs, insbesondere, aber nicht ausschließlich auf indirekte Kalorimeter und Verfahren zur Anwendung derselben.
Hintergrund der Erfindung
Verfahren der Kalorimetrie werden zur Untersuchung der Stoffwechselenergie bei Menschen und Tieren verwendet. Zum Beispiel wird die Kalorimetrie bei der Diagnose von Stoffwechselstörungen und zur Berechnung des Nahrungsbedürfnisses einer Versuchsperson genutzt. Kalorimetrische Messungen können direkt als Messung des Wärmeverlustes einer Versuchsperson vorgenommen werden. Alternativ dazu können indirekte Messungen eines chemischen Nebenprodukts des Stoffwechsels erfolgen.
Bei der Einschätzung des Gesundheits- und Fitnesszustands einer Versuchsperson ist das Volumen des verbrauchten Sauerstoffs im Ruhezustand und während oder nach einer körperlichen Anstrengung für Ernährungs- und Sportwissenschaftler ein nützlicher Messwert.
Die indirekte Kalorimetrie umfasst oftmals die Messung der Menge an Kohlendioxid, die von einer Versuchsperson ausgeatmet wird, die wiederum zur Berechnung des Sauerstoffverbrauchs der Versuchsperson herangezogen werden kann.
Das US-Patent Nr. 5.178.155 legt ein indirektes Kalorimeter offen, das einen Abscheider zum Trennen von Kohlendioxid aus dem ausgeatmeten Gas umfasst, sowie in einigen Ausführungsformen auch aus dem eingeatmeten Gas. Das Volumen des verbrauchten Sauerstoffs kann aus der Menge des Kohlendioxids, das durch den Abscheider aus dem ausgeatmeten Gas entzogen wurde, berechnet werden. Das Kalorimeter nach US-Patent Nr. 5.178.155 umfasst zudem zwei Strömungsmesser, wobei der erste zur Überwachung der Strömung des eingeatmeten Gases sowie der Strömung des ausgeatmeten Gases nach dem Abscheiden des Kohlendioxids dient und der zweite der Überwachung der Strömung des ausgeatmeten Gases vor dem Abscheiden des Kohlendioxids.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO 00/07498 legt ein Verfahren und ein Gerät zur Analyse des Atemgases offen, um den Sauerstoffverbrauch für Zwecke der indirekten Kalorimetrie sowie die Produktion von Kohlendioxid zu bestimmen, indem die Massen- und Volumendurchflussraten des eingeatmeten und ausgeatmeten Gases gemessen werden. Die Durchflussmessungen erfolgen mittels bekannter Techniken zur Messung von Ultraschalldurchgangszeiten. Die Gasdichte kann mit Hilfe der akustischen Impedanz, Geschwindigkeit des Schalls oder temperaturbezogene Methoden bestimmt werden. Das Verfahren schließt die Berechnung des Sauerstoffgehalts im eingeatmeten und ausgeatmeten Gas ein. In einer Ausführungsform von WO 00/07498 werden die Messungen nur in der Strömung des ausgeatmeten Gases vorgenommen. In diesem Fall ist es notwendig, sich über den Sauerstoffgehalt des eingeatmeten Gases im Klaren zu sein.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO 98/41147 legt ein Kalorimeter offen, das aus einem Strömungsmesser und einem Capnometer besteht, um die Differenz zwischen dem Volumen des eingeatmeten Gases und dem Volumen des ausgeatmeten Gases abzüglich Kohlendioxidvolumen zu berechnen. Das Capnometer misst die Konzentration des ausgeatmeten Kohlendioxids. Die Menge des Kohlendioxids im ausgeatmeten Gas kann dann vom gesamten Volumen des ausgeatmeten Gases abgezogen werden, man erhält dann einen Wert für das Volumen des ausgeatmeten Gases ohne Kohlendioxid. Ein zweiseitig gerichteter Strömungsmesser wird zudem verwendet, um die Durchflussrate des eingeatmeten und ausgeatmeten Gases zu messen.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO 93/00040 legt ein Kalorimeter offen, das Einrichtungen umfasst, die das eingeatmete Gase hinsichtlich Temperatur und Wasserdampf in den Zustand bringen, der mit dem des ausgeatmeten Gases vergleichbar ist, dann wird das Volumen des eingeatmeten Gases gemessen. Kohlendioxid wird aus dem ausgeatmeten Gas entzogen, indem das ausgeatmete Gas durch einen Kohlendioxidabscheider geleitet wird, danach wird dessen Volumen gemessen. Ein einzelner Strömungsmesser kann für die Messung des Volumens sowohl des eingeatmeten als auch des ausgeatmeten Gases verwendet werden.
McNeill u. a.: „The Oxylog oxygen consumption meter, a portable device for measurement of energy expenditure" (Das Oxylog-Messgerät für den Sauerstoffverbrauch, ein tragbares Gerät zur Messung des Energieverbrauchs), American Journal of Clinical Nutrition, Bd. 45, Nr. 6, 1987, S. 1415-1419, legt ein tragbares Kalorimeter-Gerät offen, dass Turbinenräder und Bewegungssensoren zusammen mit einem Oxylog-Sauerstoffsensor verwendet, um den Sauerstoffverbrauch eines Patienten zu bestimmen.
GB 975.712 legt ein Massenströmungsmesser offen, der einen Kolben umfassen kann, um den Luftmengenstrom eines Benutzers zu berechnen, es enthält aber keine Mittel, um den Sauerstoffverbrauch zu berechnen.
Alle oben beschriebenen indirekten Kalorimeter sind in der Herstellung und Anwendung kompliziert. Es ist ein Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren und Gerät zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs sowie ein alternatives indirektes Kalorimeter und Verfahren zur Anwendung desselben zur Verfügung zu stellen.
Übersicht über die Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein tragbares Gerät zur Berechnung zur Berechnung eines Atemsauerstoffverbrauchs zur Verfügung gestellt, das ein Gehäuse mit einem Fluideinlass, einen Strömungssensor, einen Kolben und einen dem Kolben zugeordneten Bewegungssensor enthaltend, einen Sauerstoffsensor und Einrichtungen zum Berechnen des Atemsauerstoffverbrauchs unter Verwendung von Daten, die vom Sauerstoffsensor und vom Strömungssensor bezogen werden, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben gleitend im Gehäuse angebracht und zwischen einer Startstellung und einer Endstellung beweglich ist, wobei das Gerät weiterhin einen Fluidauslass enthält, der an die Endstellung des Kolbens grenzt.
Mit „tragbarem Gerät" meinen wir ein Gerät, das per Hand tragbar ist, so dass es von einem Einzelnen getragen und verwendet werden kann und bei Verwendung in der Hand gehalten wird.
Günstigerweise ist das Gerät ein indirektes Kalorimeter.
Günstigerweise ist das Gehäuse im Allgemeinen röhrenförmig. Das röhrenförmige Gehäuse kann eine beliebige Querschnittsform aufweisen.
Vorzugsweise umfasst der Strömungssensor einen Kolben, der gleitend im Gehäuse angebracht ist und der sich durch den auf ihn ausgeübten Luftdruck bewegt, sowie einen dem Kolben zugeordneten Bewegungssensor.
Günstigerweise wird die Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses durch das Einleiten eines Fluids in das Gehäuse durch den Fluideinlass bewirkt. Günstigerweise ist dieses Fluid ein Gas. Günstigerweise ist dieses Gas der ausgeatmete Atem.
Günstigerweise ist der Kolben so angebracht, dass er sich gleitend entlang der Länge des röhrenförmigen Gehäuses bewegt.
Günstigerweise gibt es einen im Wesentlichen fluiddichten Kontakt zwischen der Peripherie des Kolbens und der inneren Oberfläche des Gehäuses. Günstigerweise entspricht die Querschnittsform des Kolbens der Querschnittsform des Inneren des röhrenförmigen Gehäuses.
Günstigerweise ist der Sauerstoffsensor am Gehäuse angebracht, vorzugsweise im Inneren des Gehäuses.
Der Sauerstoffsensor kann einen beliebigen Sauerstoffsensor umfassen. Ein Beispiel für einen geeigneten Sauerstoffsensor ist ein Sensor MOX-1 (Handelsmarke), der von der Firma City Technology Limited in Portsmouth, England, erhältlich ist.
Günstigerweise ist der Sauerstoffsensor an einem Ende des Kolbens angebracht. Vorzugsweise ist der Sauerstoffsensor an dem Ende des Kolbens angebracht, das dem Fluidauslass am nächsten liegt.
Der Sauerstoffsensor kann entweder direkt oder indirekt an der Oberfläche des Kolbens angebracht sein. Als Alternative oder zusätzlich kann der Sauerstoffsensor in den Kolben eingebettet sein.
Als Alternative oder zusätzlich kann der Sauerstoffsensor vom Kolben getrennt sein.
Der Bewegungssensor ist günstigerweise so angebracht, dass er die Geschwindigkeit der Bewegung des Kolbens während des Gebrauchs des Geräts gemäß der Erfindung misst.
Es kann ein beliebiger geeigneter Bewegungssensor verwendet werden. Zum Beispiel kann der Bewegungssensor einen oder mehrere Sensorschalter umfassen. Geeignete Sensorschalter sind zum Beispiel geschlitzte Optoschalter Nr. 304-305, die von der Firma RS Components Limited in Corby, England, erhältlich sind.
Günstigerweise ist der Bewegungssensor entweder direkt oder indirekt am Kolben angebracht. Vorzugsweise ist ein Bewegungssensor in den Kolben eingebettet.
Der Bewegungssensor kann einen ersten Schalter umfassen, der sich am Kolben befindet, sowie einen zweiten Schalter, der sich am Gehäuse befindet.
Günstigerweise ist das Gerät zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs so angeordnet, dass sich der Kolben während der Anwendung nur über einen vorbestimmten Abstand innerhalb des Gehäuses bewegt.
Günstigerweise ist der Fluidauslass so angeordnet, dass überschüssiger ausgeatmeter Atem durch den Fluidauslass entweichen kann, wenn der Kolben seine Endstellung erreicht, und keine weitere Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses bewirkt.
Das Gerät kann außerdem eine Sammelkammer beinhalten. Die Sammelkammer kann in direktem oder indirektem Kontakt der Fluidströmung zum Fluidauslass stehen. Die Sammelkammer kann ein beliebiges geeignetes Gerät umfassen, zum Beispiel eine Tasche oder ein Kasten. Günstigerweise befindet sich der Sauerstoffsensor in der Sammelkammer. Günstigerweise bildet die Sammelkammer einen Teil des Gehäuses des Geräts und ist demnach ein unabdingbarer Bestandteil des Gehäuses.
Wenn der Bewegungssensor einen ersten Schalter umfasst, der sich am Kolben befindet, sowie einen zweiten Schalter, der sich im Gehäuse befindet, dann ist der zweite Schalter günstigerweise angrenzend an den Fluidauslass angebracht. Günstigerweise befindet sich der zweite Schalter unterhalb des Fluidauslasses im Verhältnis zum Fluideinlass. Günstigerweise befindet sich der zweite Schalter an der Endstellung des Kolbens.
Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann Einrichtungen zur Rückführung des Kolbens zur Startstellung umfassen. Günstigerweise beinhaltet das Gerät Einrichtungen, um den Kolbens in die Startstellung zurückzuführen, nachdem die Berechnung des A temsauerstoffverbrauchs erfolgte. Es können beliebige Einrichtungen zur Rückführung des Kolbens in die Startstellung verwendet werden, zum Beispiel eine Feder.
Der Fluideinlass ist günstigerweise so angeordnet, dass er ein Eintreten des ausgeatmeten Atems vom einer Versuchsperson, die das Gerät benutzt, in das Gerät ermöglicht. Der Fluideinlass kann am Ende des Gehäuses vorgesehen sein.
Günstigerweise umfasst das Gerät nach der vorliegenden Erfindung ein Mundstück, das mit dem Fluideinlass verbunden ist. Der Fluideinlass kann durch das Mundstück gegeben sein. Als Alternative kann der Fluideinlass vom Mundstück getrennt sein. Wenn das Mundstück vom Fluideinlass getrennt ist, dann ist das Mundstück günstigerweise direkt mit dem Fluideinlass verbunden.
Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann über eine Öffnung im Gehäuse verfügen. Günstigerweise ermöglicht die Öffnung, dass ein externes Fluid von einer Versuchsperson, die das Gerät verwendet, durch das Gerät eingeatmet werden kann. Die Öffnung kann durch ein Einwegeventil abgedichtet werden, wobei dieses Ventil es ermöglicht, dass ein Fluid durch die Öffnung eingeatmet wird, aber verhindert, dass das ausgeatmete Fluid durch die Öffnung passieren kann. Günstigerweise erfolgt keine Bewegung des Kolbens, wenn das Fluid von der Versuchsperson durch die Öffnung eingeatmet wird. Günstigerweise befindet sich die Öffnung zwischen dem Fluideinlass und dem Ende des Kolbens, wenn sich der Kolben in seiner Startstellung befindet.
Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige geeignete Einrichtung für die Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs umfassen. Zum Beispiel kann das Gerät einen Computer oder ein anderes elektronisches Gerät zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs beinhalten. Die Einrichtung zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs kann auf dem Gehäuse des Geräts angebracht sein, oder mit dem Gehäuse abnehmbar verbunden sein.
Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs vor, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen eines tragbaren Geräts nach dem ersten Aspekt der Erfindung;
(b) Einleiten eines ausgeatmeten Atems in das Gehäuse;
(c) Messen des Sauerstoffanteils im ausgeatmeten Atem mit Hilfe des Sauerstoffsensors;
(d) Messen der in Anspruch genommenen Zeit zum Ausatmen des Atems mit Hilfe eines Strömungssensors, der im Gehäuse angebracht ist; und
(e) Berechnen des Sauerstoffverbrauchs unter Verwendung der Daten, die bei (c) und (d) bezogen werden.

Günstigerweise beinhaltet Schritt (b) das Einleiten eines ausgeatmeten Atems mit bekanntem Wert in das Gehäuse.
Günstigerweise beinhaltet Schritt (b) das Einleiten eines ausgeatmeten Atems in das Gehäuse, um eine Bewegung des Kolbens zu bewirken.
Günstigerweise ist das Verfahren zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs ein Verfahren der indirekten Kalorimetrie.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung des tragbaren Geräts der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Günstigerweise wird das Volumen des ausgeatmeten Atems durch Messen des Ausmaßes der Bewegung des Kolbens berechnet.
Günstigerweise wird das Volumen des ausgeatmeten Atems durch Messen des durch den Kolben zurückgelegten Weges berechnet.
Der Bereich der Bewegung des Kolbens im Kolben kann durch einen vorbestimmten Abstand begrenzt sein.
Als Alternative ist die Bewegung des Kolbens nicht begrenzt, aber der Bewegungssensor und der Sauerstoffsensor sind so angeordnet, dass sie Messungen nur während der Bewegung des Kolbens über einen begrenzten Bewegungsbereich hinweg vornehmen.
In beiden Fällen werden Messungen unter Verwendung des Sauerstoffsensors und des Bewegungssensors nur für die Dauer des Ausatmens eines bekannten Atemvolumens vorgenommen.
Das Verfahren kann ein oder mehrere Male wiederholt werden, um eine durchschnittliche Berechnung des Sauerstoffverbrauchs zu erhalten. Wenn das Verfahren ein oder mehrere Male wiederholt wird, werden die Ergebnisse günstigerweise einbezogen, um einen Durchschnittswert zu ermitteln.
Bei dem Gerät der vorliegenden Erfindung und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die folgende Formel verwendet werden, um den Atemsauerstoffverbrauch pro ausgeatmeten Atem zu ermitteln: VO₂ = K × (F_iO₂ – F_eO₂) × V × (30/t) × C Formel I
Hierbei gilt:
VO₂ ist der Atemsauerstoffverbrauch der Versuchsperson
F_iO₂ ist der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs
F_eO₂ ist der Anteil des ausgeatmeten Sauerstoffs
V ist das Volumen des ausgeatmeten Atems mit dem die Messungen erfolgten
t ist die für das Ausatmen des bekannten Atemvolumens in Anspruch genommene Zeit
C ist der konstante kalorische Wert für Sauerstoff (ca. 5 kcal)
K ist eine Konstante, die eine Kalibrierung ermöglicht.
Der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs kann aus dem von der Versuchsperson eingeatmeten Gas berechnet werden. Wenn die Versuchsperson zum Beispiel atmosphärische Luft einatmet kann der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs entweder mit seinem Standardwert von 20,94% angenommen werden, oder es wird der tatsächliche Sauerstoffanteil in der atmosphärischen Luft unter Verwendung eines beliebigen bekannten Verfahrens ermittelt.
Der Anteil des ausgeatmeten Sauerstoffs wird unter Verwendung des Sauerstoffsensors gemessen.
Das Volumen des ausgeatmeten Atems kann mit einem beliebigen bekannten Verfahren gemessen werden. Der Kolben bewegt sich innerhalb des Gehäuses über ein bekanntes Ausmaß und diese Strecke wird zur Messung des Volumens der ausgeatmeten Luft verwendet, für die die Messungen erfolgen. Wenn der Sauerstoffsensor an der Oberfläche des Kolbens angebracht ist, muss die Volumenberechnung die Verringerung des Volumens berücksichtigen, die durch die Anwesenheit des Sauerstoffsensors verursacht wird.
Günstigerweise ist beim Gebrauch der Kolben im Gehäuse in der Startstellung angeordnet, an der ein erster Schalter eines Bewegungssensors im Abstand zu einem zweiten Schalter des Bewegungssensors angebracht ist. Wenn die ausgeatmete Luft in das Gehäuse eintritt, bewegt sich günstigerweise der Kolben in Richtung des zweiten Schalters. Vorzugsweise nimmt der Bewegungssensor eine Messung während der Bewegung des ersten Sensors aus seiner Startstellung bis zu dem Punkt vor, an der der erste Sensor die Position des zweiten Sensors erreicht. Auf diese Weise nimmt der Bewegungssensor Messungen nur für die Dauer des Ausatmens des Atems vor.
Während des Ausatmens des Atems misst der Sauerstoffsensor den Anteil des molekularen Sauerstoffs im ausgeatmeten Atem.
Die vom Sauerstoffsensor und Strömungssensor erhaltenen Daten können dann verwendet werden, um unter Verwendung der Formel I den Sauerstoffverbrauch der Versuchsperson pro Atemzug zu berechnen.
Wenn das Gerät nach der vorliegenden Erfindung elektronische Einrichtungen zur Berechnung des Sauerstoffverbrauchs umfasst, übermitteln der Sauerstoffsensor und der Strömungssensor günstigerweise die erhaltenen Daten mittels elektronischer Signale direkt an die elektronischen Einrichtungen zur Berechnung.
Es wäre von Vorteil, wenn das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann, um Informationen über den Sauerstoffverbrauch eines Objekts zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel eines Menschen oder eines Tieres.
Es ist von Vorteil, dass das Gerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung einfach zu verwenden sind. Außerdem ist das Gerät der vorliegenden Erfindung einfach herzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr an Hand eines Beispiels im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei für die Zeichnungen gilt:
1 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise als Querschnitt, eines Teils des tragbaren Geräts nach der vorliegenden Erfindung in einer Startstellung;
2 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise als Querschnitt, des Geräts aus 1 in einer Endstellung;
3 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise als Querschnitt, eines Teils einer alternativen Ausführungsform des tragbaren Geräts nach der vorliegenden Erfindung in einer Startstellung; und
4 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise als Querschnitt, des Geräts aus 3 in einer Endstellung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 und 2 zeigen einen Teil des tragbaren Geräts zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs 2, das ein Gehäuse 4, einen Kolben 6, einen Sauerstoffsensor 8 sowie einen Bewegungssensor umfasst, der durch einen ersten Schalter 10 und einen zweiten Schalter 12 gebildet wird. Das Gerät 2 umfasst außerdem elektronische Einrichtungen zum Berechnen 14.
Der Kolben 6 ist gleitend innerhalb des Gehäuses 4 beweglich, wobei das Innere des Gehäuses 4 und der Kolben 6 die gleiche Querschnittsform aufweisen. Die relativen Abmessungen der Peripherie des Kolbens 6 und der Innenfläche des Gehäuses 4 sind so angeordnet, dass es einen im Wesentlichen fluiddichten Kontakt zwischen der Peripherie des Kolbens 6 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 4 gibt.
Das Gehäuse 4 enthält einen Fluideinlass 16 und einen Fluidauslass 18.
Der Sauerstoffsensor 8 ist in das Ende 20 des Kolbens 6 eingebettet. Der Sauerstoffsensor hat über die Leitung 22 eine elektrische Verbindung zur elektrischen Einrichtung zum Berechnen 14.
Der erste Schalter 10 des Bewegungssensors ist in einer Seite des Kolbens 6 eingebettet. Der zweite Schalter 12 des Bewegungssensors ist in der Innenwand des Gehäuses 4 eingebettet. Eine Leitung 24 verbindet den ersten Schalter 10 mit der elektrischen Einrichtung zum Berechnen 14, und eine Leitung 26 verbindet den zweiten Schalter 12 mit der elektrischen Einrichtung zum Berechnen 14.
Wenn das Gerät 2 in Betrieb ist, ist der Kolben 6 im Gehäuse 4 in der Startstellung angeordnet, wie in 1 dargestellt wird. Ein ausgeatmeter Atem wird in den Fluideinlass 16 des Gehäuses 4 geleitet. Das Ende des Gehäuses 4, an dem der Fluideinlass 16 vorgesehen ist, kann als Mundstück für das Gerät 2 dienen. Alternativ dazu kann ein separates Mundstück (nicht dargestellt) direkt oder indirekt mit dem Gehäuse 4 verbunden werden.
Der ausgeatmete Atem bewirkt, dass sich der Kolben 6 vom Fluideinlass 16 weg bewegt. Der Kolben 6 bewegt sich weiter in diese Richtung, bis das Ende 20 des Kolbens 6 den Fluidauslass 18 passiert, um die in 2 dargestellte Endstellung zu erreichen. Danach entweicht der überschüssige ausgeatmete Atem aus dem Fluidauslass 18, und die Bewegung des Kolbens 6 ist beendet.
Während der Kolben 6 sich von der Startstellung zur Endstellung bewegt, misst der Sauerstoffsensor 8 den Anteil von Sauerstoff im ausgeatmeten Atem. Der Sauerstoffsensor 8 sendet die Informationen der Messung über die Leitung 22 an die elektrische Einrichtung zum Berechnen 14 in Form eines elektrischen Signals.
Während der Bewegung des Kolbens 6 von der Startstellung zur Endstellung messen die Schalter 10 und 12 des Bewegungssensors die beim Zurücklegen dieses eingestellten Abstandes in Anspruch genommene Zeit. Diese Zeit ist ein Messwert der Zeit, die zum Ausatmen eines bekannten Atemvolumens in Anspruch genommen wird. Die Schalter 10 und 12 senden die Messwerte unter Verwendung der Leitungen 24 und 26 an die elektrische Einrichtung zum Berechnen 14.
Die elektrische Einrichtung zum Berechnen 14 ist so programmiert, dass sie den Sauerstoffverbrauch der Versuchsperson nach der oben genannten Formel I berechnet. Um diese Berechnung durchzuführen, muss der Bediener die Angaben zum Sauerstoffanteil des eingeatmeten Gases eingeben. Dies kann der Standardwert des Sauerstoffgehalts der Luft sein, in diesem Fall kann diese Angabe vorher in der elektrischen Einrichtung zum Berechnen 14 programmiert werden. Wenn der Sauerstoffanteil in der eingeatmeten Luft gemessen wird, muss der gemessene Wert in die elektrische Einrichtung zum Berechnen 14 eingegeben werden, bevor die Berechnung durchgeführt werden kann.
Das oben erläuterte Verfahren und die Berechnung können ein oder mehrere Male wiederholt werden, die Ergebnisse können zusammengefasst werden, um einen Durchschnittswert des Sauerstoffverbrauchs zur Verfügung zu stellen.
Das tragbare Gerät 2 ist von einer solchen Größe und Gestaltung, dass es von einer Person in der Hand gehalten und getragen werden und, wenn gewünscht, mit einer elektrischen Einrichtung zum Berechnen verbunden werden kann.
3 und 4 zeigen einen Teil eines alternativen tragbaren Geräts zur Berechnung des Atemsauerstoffverbrauchs 50, das ein Gehäuse 52 und einen Kolben 54 umfasst.
Das Gehäuse 52 umfasst eine Öffnung 56, die den Eintritt von Luft von außen ermöglicht. Die Öffnung 56 ist mit einem Einwegeventil 58 abgedeckt, wobei das Ventil 58 den Eintritt von Luft durch die Öffnung 56 gestattet, aber ein Austritt der Luft durch die Öffnung 56 verhindert.
Das Gehäuse 52 umfasst weiterhin einen Fluideinlass 60, der es ermöglicht, dass eingeatmete externe Luft von der Öffnung 56 zur Versuchsperson, die das Gerät verwendet (nicht dargestellt), passieren kann. Der Fluideinlass 60 gestattet es außerdem, dass der ausgeatmete Atem in das Gehäuse 52 eintreten kann.
Das Gehäuse 52 umfasst weiterhin einen Gasauslass 62, der es ermöglicht, dass der ausgeatmete Atem aus dem Gehäuse 52 austreten kann. Der Gasauslass 62 ist über einen flexiblen Schlauch 66 mit einer Gassammelbox 64 verbunden.
Das Gerät 50 umfasst weiterhin einen Sauerstoffsensor 68, der sich in der Sammelbox 64 befindet, und einen Bewegungssensor, der durch einen ersten und einen zweiten Schalter 70 bzw. 72 gebildet wird. Der erste Schalter 70 ist in den Kolben 54 eingebettet. Der zweite Schalter 72 ist in die Wand des Gehäuses 52 eingebettet, und zwar unterhalb des Gasauslasses 62.
Der Sauerstoffsensor 68 und die Schalter 70 und 72 sind durch die Leitungen 74 mit einer Einrichtung zum Berechnen (nicht dargestellt) verbunden.
Bei Betrieb des Geräts 50 ist der Kolben 54 im Gehäuse 52 in der Startstellung angeordnet, wie in 3 dargestellt wird.
Eine Versuchsperson atmet externe Luft durch die Öffnung 56 und den Fluideinlass 60 ein. Dann atmet die Versuchsperson die Luft über den Fluideinlass 60 in das Gehäuse 52 aus.
Die ausgeatmete Luft bewirkt, dass der Kolben 54 sich vom Fluideinlass 60 weg bewegt. Der Kolben 54 bewegt sich weiter in dieser Richtung, bis das Ende 76 des Kolbens 54 den Gasauslass 62 passiert, um die in 4 dargestellte Endstellung zu erreichen. Danach entweicht der ausgeatmete Atem aus dem Auslass 62 und gelangt in die Sammelbox 64, die Bewegung des Kolbens 54 ist beendet.
Während der Bewegung des Kolbens 54 von der Startstellung zur Endstellung messen die Schalter 70 und 72 die beim Zurücklegen dieses eingestellten Abstandes in Anspruch genommene Zeit. Dieser Messwert wird unter Verwendung der Leitungen 74 an die elektrische Einrichtung zum Berechnen (nicht dargestellt) gesendet.
Der Sauerstoffsensor 68 misst den Sauerstoffgehalt des ausgeatmeten Atems in der Sammelbox 64 und sendet die Messwerte mittels der Leitungen 74 an die Einrichtung zum Berechnen (nicht dargestellt).
Die Einrichtung zum Berechnen berechnet den Sauerstoffverbrauch nach der oben dargestellten Formel I. Die Berechnung erfolgt in der gleichen Weise, wie oben hinsichtlich der 1 und 2 beschrieben wurde.

Claims

Tragbares Gerät (2) zur Berechnung eines Atemsauerstoffverbrauchs, enthaltend ein Gehäuse (4) mit einem Fluideinlass (16), einen Strömungssensor, enthaltend ein bewegliches Element und einen Bewegungssensor (10, 12) der dem beweglichen Element zugeordnet ist, einen Sauerstoffsensor (8) und eine Einrichtung (14) zum Berechnen des Atemsauerstoffverbrauchs unter Verwendung von Daten, die vom Sauerstoffsensor und vom Strömungssensor bezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element einen Kolben (6) enthält, und dadurch, dass der Kolben gleitend im Gehäuse angebracht ist und zwischen einer Startstellung und einer Endstellung beweglich ist, wobei das Gerät weiterhin einen Fluidauslass enthält, der an die Endstellung des Kolbens grenzt.
Tragbares Gerät nach Anspruch 1, das ein indirektes Kalirometer ist.
Tragbares Gerät (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Bewegungssensor (10, 12) so angebracht ist, dass er die Geschwindigkeit der Bewegung des Kolbens (6) während der Verwendung des Gerätes (2) misst.
Tragbares Gerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend eine Sammelkammer (64).
Verfahren zum Berechnen des Atemsauerstoffverbrauchs, enthaltend folgende Schritte: (a) Bereitstellen eines tragbaren Gerätes (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; (b) Einleiten eines ausgeatmeten Atems in das Gehäuse (4); (c) Messen des Sauerstoffanteils im ausgeatmeten Atem mit Hilfe des Sauerstoffsensors (8); (d) Messen der in Anspruch genommenen Zeit zum Ausatmen des Atems mit Hilfe des Strömungssensors (10, 12), der im Gehäuse (4) angebracht ist; und (e) Berechnen des Sauerstoffverbrauchs unter Verwendung der Daten, die bei (c) und (d) bezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt (b) das Einleiten eines ausgeatmeten Atems in das Gehäuse (4) zur Verursachung einer Bewegung des Kolbens (6) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Schritt (b) das Einleiten eines ausgeatmeten Atems eines bekannten Volumens in das Gehäuse (4) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, enthaltend ein Verfahren zur indirekten Kalorimetrie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der Kolben (6) im Gehäuse (4) mit Hilfe eines Eintritts ausgeatmeter Luft in das Gehäuse (4) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der Kolben (6) so angebracht ist, dass er sich einen vorbestimmten Abstand im Gehäuse (4) bewegt.