DE60312831T2

DE60312831T2 - Einrichtung für hypoxisches training und therapie

Info

Publication number: DE60312831T2
Application number: DE60312831T
Authority: DE
Inventors: David Paul Middlesbrough SUMNERS
Original assignee: South Bank University Enterprises Ltd
Current assignee: South Bank University Enterprises Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: DE60312831D1; EP1485157A1; US20050252512A1; GB0205759D0; ATE357945T1; WO2003077980A1; EP1485157B1; JP2005519700A; AU2003209501A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Verbessern der Atmung von Personen wie etwa Sportlern, Sängern, Personen mit Atmungsschwierigkeiten und allen, die die Leistungsfähigkeit ihre Atmung und ihre Ausdauer verbessern wollen.
Sportler, insbesondere jene, die an Mittel- und Langstreckenbewerben teilnehmen, trainieren oft in großen Höhen, da ein solches Höhentraining dafür bekannt ist, ihre Leistung zu verbessern. Es wird angenommen, dass diese Verbesserung infolge des geringeren Sauerstoffgehalts in großen Höhen vorhanden ist, was dazu führt, dass der Körper in seinen Funktionen effizienter werden muss.
Ein akklimatisierter Sportler kann in großen Höhen laufen, da sich der Körper an Hypokapnie anpassen kann. Diese Anpassung ermöglicht eine stark erhöhte Ventilation, die nicht nur genügend O₂ liefert, um Hypoxie im Ruhezustand zu verhindern, sondern auch eine ausreichende Ventilation zum anstrengenden Laufen verschafft. In niedrigeren Höhen bringt diese Anpassung eine verbesserte Leistung zustande.
Dieser Anpassungsprozess verläuft jedoch nicht immer reibungslos, wobei akute Höhenkrankheit eine bekannte Erscheinung ist. In großen Höhen führt die wechselnde Anregung und Hemmung des Atemzentrums, zuerst durch Hypoxie danach durch Hypokapnie, zu Cheney-Stokes-Atmung, die während des Schlafs ziemlich deutlich werden kann. In der apnoischen Phase kann schwere Hypoxie die Person möglicherweise vom Schlaf in ein Koma, und manchmal von einem Koma in den Tod gleiten lassen.
Eine willkürliche Steigerung der Atemfrequenz und der Atmungstiefe bewirkt, dass CO₂ mit einer höheren Frequenz ausgeatmet wird, als dessen Produktionsrate durch den Stoffwechsel des Körpers beträgt, was zu einem Abfall der CO₂-Menge im Blut; d. h. zu Hypokapnie, führt. Wenn kräftiges, schnelles Atmen länger als ein paar Minuten fortgesetzt wird, verursacht zunehmend schwere Hypokapnie eine zerebrale Vasokonstriktion sowie unangenehme Symptome im Nervensystem.
Eine gesteigerte Atemfrequenz und Atmungstiefe oder Hyperpnoe kann, ohne entsprechende Zunahme der CO₂-Erzeugung aus dem Stoffwechsel heraus, willkürlich oder durch ein Hyperventilationssyndrom, eine Erstickungshypoxie oder mechanische Ventilation verursacht sein. In all diesen Fällen bewirkt die entstehende Hypokapnie zunehmend schwere Symptome und ist bei dem Ausmaß an exzessiver Ventilation, das erzielt werden kann, der begrenzende Faktor. In einer Vielzahl von Situationen – ein gutes Beispiel ist die Erstickungshypoxie, die beim Fliegen in großer Höhe auftreten kann – ist eine starke Ventilationszunahme wünschenswert, wobei mit CO₂ angereicherte Luft dies ermöglicht.
Verschiedene Versuche sind gemacht worden, um ausgeatmete Luft, die reich an CO₂ ist, als Ersatz für das Bereitstellen vorbereiteter maßgeschneiderter Mischungen von CO₂ und Luft zu verwenden. Tatsächlich haben Generationen von Notaufnahmeärzten Patienten in einfache Packpapiertüten atmen lassen, um Hyperventilation, die aus Unruhe, Angst oder Trauma entstehen kann, zu behandeln. Die Papiertüte ermöglicht es einem hyperventilierenden Patienten, die ausgeatmete Luft zu bewahren und wieder einzuatmen.
Varianten des Gebrauchs von Papiertüten sind in den US-Patenten 3.455.294, 4.508.116 und 4.628.926 sowie in RU-C-2040297 beschrieben. An die Stelle von Papiertüten sind lange Röhren gesetzt worden, wobei diese Röhren im Wesentlichen die Wirkung von Papiertüten nachahmen. Diese Vorrichtungen können nicht verwendet werden, um die Atemluft anzupassen und so die Luft in einer ausgewählten Höhe nachzubilden.
Das US-Pat. Nr. 5.850.833 zeigt eine Vorrichtung für hypoxisches Training und hypoxische Therapie, die alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart. Das US-Pat. Nr. 4.275.722 offenbart ein Atmungsübungssystem mit Wiedereinatmungsvorrichtung, das über ein System von Ventilen eine Inhalationskammer und eine Exhalationskammer mit einem Schubmechanismus zum Variieren der von der Exhalationskammer her wieder eingeatmeten Luftmenge schafft. Diese Vorrichtung besitzt ein vielschichtiges Netzwerk von Kammern, Ventilen und Mechanismen, die alle dazu gedacht sind, ausgeatmete Luft durch eine Exhalationskammer und eine Inhalationskammer, die vor dem Einatmen die Feuchtigkeit aus der ausgeatmeten Luft entfernt, hindurch zuleiten.
Die Exhalationskammer ist für die Umgebungsluft weit geöffnet, so dass am Boden unverbrauchte Luft zur Verfügung steht.
Das US-Patent 5983896 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern des Kohlendioxidpegels in der wieder eingeatmeten Luft, offenbart jedoch nicht die Senkung von Sauerstoffpegeln, um die Atmosphäre in einer Höhe für Trainingszwecke nachzubilden. Die Vorrichtung umfasst eine Leitung, die die Rolle eines toten Raumes spielt, um ausgeatmetes CO₂ zum Wiedereinatmen zu sammeln, wobei die Leitung durch einen Schlauch mit einstellbarer Länge gebildet ist, damit der tote Raum eingestellt werden kann.
Alle diese Vorrichtungen sind dazu gedacht, die Auswirkungen von Atmungsproblemen in großer Höhe zu bekämpfen und physiologische Schwierigkeiten zu bewältigen, und können nicht dazu verwendet werden, die Wirkung eines Höhentrainings nachzubilden.
Bemühungen, die Wirkung eines Höhentrainings in niedrigeren Höhen durch ein Training in Räumen oder Kammern mit gesenktem Luftdruck nachzubilden, um den Aufwand einer Reise zu Orten in großen Höhen und des Wohnens in solchen zu vermeiden, sind kostspielig einzurichten und zu betreiben und unbequem im Gebrauch. Es ist nicht wirksam, den Luftstrom für einen Sportler zu beschränken, während sie oder er trainiert, da das mit jedem Atemzug aufgenommene Luftvolumen verringert wird, was zu Beeinträchtigungen des Sportlers führen kann. Vorhandene Geräte, die das Anwenden des Luftwiedereinatmens, so dass die Luft einen niedrigeren Sauerstoffgehalt aufweist, umfassen, sind nicht brauchbar, da dies zu einer übermäßigen Kohlendioxidanreicherung führen kann, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist.
Wir haben nun eine einfach wirksame Vorrichtung, um wenigstens teilweise die Wirkung eines Höhentrainings nachzubilden, erfunden, die nicht an diesen Nachteilen leidet.
Gemäß der Erfindung wird ein Atmungsgerät geschaffen, das ein Mundstück umfasst, durch das ein Benutzer atmen kann, wobei das Mundstück mit dem Einlass einer Kammer verbunden ist, die einen Kohlendioxidabsorber enthält, und der Auslass der Kammer mit einer Leitung verbunden ist, die zur Atmosphäre mündet, wobei im Gebrauch die Luft in der Leitung ein Gemisch aus Luft, die vom Benutzer ausgeatmet worden ist, und Atmosphärenluft enthält und das Gemisch von dem Benutzer eingeatmet wird.
Der Kohlendioxidabsorber kann irgendeiner der herkömmlicherweise verwendeten Kohlendioxidabsorber wie etwa Ätznatron-Pellets, Natronkalk usw. sein. Vorzugsweise ändert der Kohlendioxidabsorber seine Farbe, wenn er Kohlendioxid absorbiert, wodurch erkannt werden kann, wenn es aufgebraucht ist.
Die Leitung kann ein biegsames Rohr sein, wobei die Länge der Leitung von der Menge an Atmosphärenluft, die der wieder einzuatmenden Luft hinzugefügt werden soll, abhängt, wobei, je länger die Leitung ist, desto weniger Frischluft aus der Atmosphäre bei jedem Atemzug hinzugefügt wird. Für Rohre mit einem Durchmesser im Bereich von 1,5 cm bis 4 cm können Rohre mit Längen im Bereich von 50 cm bis 1,5 Meter verwendet werden.
Die Atmosphärenluft tritt durch Diffusion sowie durch Druckabnahme, die durch jedes Einatmen herbeigeführt wird, in die Leitung ein.
Bei Gebrauch wird das Mundstück am Gesicht des Benutzers befestigt, d. h. indem es z. B. mittels Riemen oder Bändern mit Gummizug usw. festgebunden wird. Da es bei Gebrauch eine Abnahme an Sauerstoffzufuhr gibt, ist vorzugsweise ein selbsttätiger Freigabemechanismus vorhanden, so dass im Falle von Unbehagen Luft direkt in das Mundstück eintreten kann.
Bei Gebrauch wird die Luft durch den Benutzer ausgeatmet und bewegt sich durch die Kohlendioxidabsorberkammer, in der überschüssiges Kohlendioxid absorbiert wird, und bewegt sich dann in die Leitung, in der sie sich mit der Atmosphärenluft vermischt. Diese Luft wird durch die Kohlendioxidabsorberkammer hindurch eingeatmet, wobei die geatmete Luft aus Luft mit einem Sauerstoff- und einem Kohlendioxidgehalt, der ähnlich jenem ist, der auf großer Höhe vorgefunden wird, besteht. Durch Einstellung der Länge der Leitung und des Gehalts der Kohlendioxidabsorberkammer können die Bedingungen in einer ausgewählten Höhe nachgebildet werden. Dies ermöglicht das Erreichen einer abgestuften Akklimatisierung an die Bedingungen in großer Höhe und ist somit zu einem Höhentraining gleichwertig.
Diese Patentanwendung schließt den Gebrauch des Verfahrens der Erfindung für therapeutische Zwecke sowie den Gebrauch der Erfindung zur Behandlung des menschlichen Körpers durch Therapie aus; auf solche Nutzungen und Anwendungen wird hiermit kein Anspruch erhoben.
Die Erfindung ist in der begleitenden Zeichnung veranschaulicht, worin ein Mundstück (1) vorhanden ist, das durch ein Rohr (2) mit einer Kammer (3), die Natronkalk enthält, verbunden ist. Am Ausgang der Kammer (3) befindet sich ein biegsames Rohr (4).
Bei Gebrauch schnürt ein Benutzer das Mundstück auf seinem Gesicht fest, so dass der Benutzer durch das Mundstück (1) ein- und ausatmet. Wenn ein Benutzer ausatmet, bewegt sich die durch den Benutzer ausgeatmete Luft durch die Kohlendioxidabsorberkammer (3), in der überschüssiges Kohlendioxid absorbiert wird, und anschließend in das Rohr (4), in dem sie sich mit Atmosphärenluft vermischt. Diese Luft wird dann über die Kohlendioxidabsorberkammer (3) eingeatmet, wobei die eingeatmete Luft aus Luft mit einem Sauerstoff- und einem Stickstoffgehalt, der ähnlich jenem ist, der auf großer Höhe vorgefunden wird, besteht. Durch Einstellung der Länge der Leitung (4) und des Gehalts der Kohlendioxidabsorberkammer (3) können die Bedingungen in einer ausgewählten Höhe nachgebildet werden. Dies ermöglicht das Erreichen einer abgestuften Akklimatisierung an die Bedingungen in großer Höhe und ist somit zu einem Höhentraining gleichwertig.
Es ist ein Freigabeventil (5) vorhanden, das betätigt werden kann, um im Falle von Unbehagen oder Gefahr einen Lufteinlass direkt in das Mundstück zu öffnen, wobei ein solches Ventil unter spezifizierten Bedingungen automatisch betätigt werden kann.

Claims

Atmungsgerät zum Trainieren der Atmung eines Benutzers durch Verändern der Zusammensetzung der eingeatmeten Luft, die umfasst: (i) ein Mundstück (1), durch das ein Benutzer ein- und ausatmen kann, und (ii) eine Kammer (3), die einen Kohlendioxidabsorber enthält, wobei das Mundstück mit dem Einlass der Kammer verbunden ist und der Auslass der Kammer mit einer Leitung (4) verbunden ist, die zur Atmosphäre mündet, im Gebrauch die Luft in der Leitung ein Gemisch aus Luft, die von dem Benutzer ausgeatmet worden ist, und Atmosphärenluft enthält und das Gemisch von dem Benutzer durch die Kammer eingeatmet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (4) so konfiguriert ist, dass ihre Länge einstellbar ist, und durch Ändern der Länge der Leitung die Menge der Luft, die von dem Benutzer ausgeatmet worden ist und mit der Atmosphärenluft vermischt wird, geändert werden kann, so dass der Anteil von Sauerstoff und von Kohlendioxid in der eingeatmeten Luft so geändert werden kann, dass die Atmung eines Benutzers progressiv trainiert wird.
Atmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlendioxidabsorber Ätznatron-Pellets oder modifizierten Natronkalk enthält, so dass der Absorber seine Farbe ändert, wenn er Kohlendioxid absorbiert.
Atmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsmittel vorhanden sind, um das Mundstück am Gesicht eines Benutzers zu befestigen.
Atmungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel Riemen, ein elastisches Band oder dergleichen sind.
Atmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung ein Rohr (4) mit einem Durchmesser im Bereich von 1,5 cm bis 4 cm und mit einer Länge im Bereich von 50 cm bis 1,5 Meter aufweist.
Atmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freigabemechanismus (5) vorhanden ist, der, wenn er betätigt wird, ermöglicht, dass Luft direkt in das Mundstück eintritt, ohne sich durch den Kohlendioxidabsorber zu bewegen.
Verfahren zum Atemtraining für andere als therapeutische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Benutzer ausgeatmete Luft sich durch einen Kohlendioxidabsorber in einer Kammer bewegt, in der überschüssiges Kohlendioxid absorbiert wird, und sich dann in eine in die Atmosphäre mündende Leitung bewegt, wobei in der Leitung die ausgeatmete Luft mit Atmosphärenluft vermischt wird, wobei dieses Luftgemisch dann über den Kohlendioxidabsorber eingeatmet wird und wobei durch Ändern der Länge der Leitung der Sauerstoffgehalt der eingeatmeten Luft geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Länge der Leitung und der Gehalt des Kohlendioxidabsorbers in der Kammer so eingestellt werden, dass die eingeatmete Luft aus Luft mit einem Sauerstoff- und einem Kohlendioxidgehalt, der ähnlich jenem ist, der auf großer Höhe vorgefunden wird, besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung ein Rohr mit einem Durchmesser im Bereich von 1,5 cm bis 4 cm und einer Länge im Bereich von 50 cm bis 1,5 Metern aufweist.