Рождение дыхательного тренажера

Создание популярного оздоровительного средства обычно привлекает внимание общественности. Интерес представляет не только новый продукт, но и отдельные стороны его разработки, процессы творчества. Человек открывает свои творческие возможности чаще от необходимости, чем по инициативе. Но когда он осознает, что ему помогает не только удача, но и собственные способности, появляется интерес. Россия имеет богатый генофонд людей, способных к научному и техническому творчеству. Но это не вечное состояние. Мой бывший начальник любил повторять: «Если в научном коллективе десять или даже пятьдесят сотрудников, но нет ни одного творца, то ничего ценного от такого коллектива Вы не дождетесь». Этот человек, около двадцати лет занимавшийся наукой, знал, что говорил.

Нужно согласиться, что истинное творчество – это всегда удел одиночек. Вам известно, чтобы несколько музыкантов создали одну оперу, или два‑три поэта сочинили поэму? В науке и технике примерно так же. Здесь свои поэты. Ведь «поэт», буквально в переводе с греческого, означает «творец».

Так уж совпало, что изобретательство также было моим любимым занятием. В этой сфере я не был новичком. К тому же я хорошо разбирался в процессах и устройствах, связанных с движением газов и жидкостей. Поэтому, почти одновременно с формированием концептуальных идей, я размышлял о возможных вариантах будущего прибора. В сентябре 1989 года был изготовлен макет «Ингалятора Фролова» (таково первое название прибора, зарегистрированного в Роспатенте), который впоследствии получил название «Индивидуальный дыхательный тренажер» (ингалятор Фролова). Для удобства далее по тексту прибор будет называться: дыхательный тренажер, тренажер.

Тренажер показан на рисунке 1. Он состоит из двух камер, которые расположены друг в друге, и дыхательной трубки. Внутренняя камера снабжена насадкой с отверстиями, а ее горлышко соединено с дыхательной трубкой. Наружная камера снабжена крышкой. Внутреннее отверстие крышки образует с трубкой зазор для прохода воздуха. В прибор заливается вода.

Тренажер, собранный и заправленный водой, как это показано на рисунке 1, готов к работе.

Для пользования прибором пациент садится за стол и устанавливает тренажер так, чтобы конец дыхательной трубки находился во рту. Дыхание, т. е. вдох и выдох осуществляется только через рот и через трубку. Нос отключается от дыхания за счет легкого касания сверху с двух сторон средними и указательными пальцами руки.

Рассмотрим процессы, происходящие при дыхании. При вдохе воздух через зазор поступает в наружную камеру, а затем через донный зазор и отверстия насадки во внутреннюю камеру, в дыхательную трубку и дыхательный тракт пациента. При выдохе воздух идет по этому же пути в обратном направлении. При вдохе вода засасывается во внутреннюю камеру, а вслед начинает проходить через отверстия воздух. При выдохе вода выталкивается в пространство между стенками внутренней и наружной камеры, а воздух через нее барботирует.

Важно уяснить связь сопротивлений при вдохе и выдохе с гидромеханическим воздействием на дыхательный тракт. При вдохе давление в легких уменьшается, при выдохе – давление увеличивается. Таким образом, благодаря наличию гидравлического затвора между камерами, обеспечивается повышенное и пониженное давление в легких.

Немаловажно применение в гидравлическом затворе насадки с малоразмерными отверстиями, через которые при каждом акте дыхания (вдохе, выдохе) проталкивается вода. Это обеспечивает ритм, чувство времени вдоха, выдоха и стабилизацию определенного давления в дыхательном тракте.

Наружная камера, кроме того, оказывает определенное влияние на химический состав вдыхаемого воздуха. Известно, что атмосферный воздух содержит около 21 % кислорода и 0,045 % углекислого газа. В выдыхаемом воздухе около 16 % кислорода и 4 % углекислого газа. После первого выдоха в тренажере остается воздух именно с таким содержанием углекислого газа. При очередном вдохе этот воздух в первую очередь попадает в легкие, тем самым сразу создавая там состояние гипоксии и гиперкапнии. Постепенно, за счет тренировок, осуществляется увеличение продолжительности дыхательного акта и соответственно расширяется диапазон изменений концентрации газов.

Влияние параметров процесса дыхания на его эффективность будет рассмотрено специально.