用于提供受控的吸入空氣流的裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于提供受控的吸入空氣流的裝置
[0001]相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本發(fā)明要求于2014年4月3日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61974699的優(yōu)先權(quán)，以及于2015年3月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.14663881的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及一種用于將吸入空氣從雙隔間空氣儲(chǔ)罐提供到面罩的裝置，并且更具體而言，涉及一種用于在高濃度氧氣和對(duì)比低濃度氧氣之間轉(zhuǎn)換以提供給用戶所選擇濃度的氧氣的裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]降低血楽中溶解的氧氣濃度的事件誘使健康狀況產(chǎn)生不利變化。Manfred vonArdenne的《多步驟氧氣療法》一書(shū)中詳細(xì)地記載了這些變化，其通過(guò)引用的方式并入本文，其中在第一章生理機(jī)制中具體討論了血管炎癥機(jī)制。
[0005]血漿氧氣濃度的短期降低通常會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮炎癥，從而造成持久且通常為永久性的血管收縮。這些降低的發(fā)生通常是化學(xué)、物理或情緒緊張事件的結(jié)果。這些收縮會(huì)降低給下游組織的血液和氧氣輸送，導(dǎo)致組織疼痛、對(duì)疾病的抵抗力下降以及退化加速。
[0006]血漿氧氣長(zhǎng)期減少會(huì)使無(wú)血管細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如軟骨、韌帶、白血細(xì)胞和眼睛晶狀體失去氧氣，導(dǎo)致無(wú)血管結(jié)構(gòu)，包括血管系統(tǒng)本身的彈性、性能和修復(fù)能力降低。這些血漿缺氧條件仍然未被發(fā)現(xiàn)，并且因此許多失調(diào)癥中的不可作用的輔因子仍然未被發(fā)現(xiàn)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)利用單一空氣混合物，其中以固定氧氣分壓將額外的氧氣供給到身體。Ardenne公開(kāi)了通過(guò)使用連續(xù)輸送氣流中的固定氧氣分壓在體能挑戰(zhàn)期間供給額外氧氣以增大呼吸混合物的氧氣分壓的多種方法。
[0008]Ardenne還公開(kāi)了使用體能挑戰(zhàn)，如運(yùn)動(dòng)、高溫或藥物腎上腺模擬，來(lái)同時(shí)上調(diào)呼吸擾動(dòng)，如心率和呼吸潮氣量。增大呼吸擾動(dòng)使更多的氧氣溶解在血漿中，得到治療因血漿缺氧造成的多種健康狀況的一系列方法。
[0009]Ardenne公開(kāi)了運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)期間補(bǔ)充氧氣的固定速率在每分鐘2_3公升到每分鐘50公升之間變動(dòng)。已知對(duì)于健全的個(gè)人來(lái)說(shuō)，升高補(bǔ)充氧氣速率防止身體達(dá)到最大呼吸擾動(dòng)，并因此低于最大可達(dá)到的溶解的血漿氧氣。
[0010]在運(yùn)動(dòng)期間供給固定量的額外氧氣的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的供氧僅增至大約本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的二分之一。氧氣分壓的固定升高導(dǎo)致呼吸擾動(dòng)凈減小，這是因?yàn)轭~外的氧氣使哺乳動(dòng)物的心臟和肺更易于滿足呼吸需求。
[0011]由于需要最大的心率和最大的動(dòng)脈擴(kuò)張將最大的脈壓輸送到毛細(xì)血管，因此呼吸擾動(dòng)的這種減小限制了組織灌注。示例性組織灌注反映通過(guò)心臟栗送的血液的壓力，以及富氧血漿噴射通過(guò)因內(nèi)皮炎癥或損傷導(dǎo)致變窄的血管狹窄區(qū)域的能力。
[0012]當(dāng)哺乳動(dòng)物達(dá)到同時(shí)發(fā)生最大脈搏和最大氧氣分壓的新的呼吸狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)本發(fā)明的示例性表現(xiàn)。當(dāng)體力迅速耗盡的哺乳動(dòng)物從呼吸混合物中氧氣分壓降低的呼吸挑戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到混合物具有最大氧氣分壓的呼吸恢復(fù)狀態(tài)時(shí)，會(huì)特異性地引發(fā)這種狀態(tài)。
[0013]當(dāng)體力耗盡的哺乳動(dòng)物實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)生最大呼吸擾動(dòng)以及呼吸最大氧氣分壓的混合物時(shí)，出現(xiàn)新的示例性效果。這剛好出現(xiàn)在從低氧氣分壓到高氧氣分壓的轉(zhuǎn)換之后。體力耗盡的哺乳動(dòng)物經(jīng)歷氧氣分壓升高的最大心跳的這些時(shí)刻為任何已知的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)不了的組織氧氣灌注創(chuàng)造最優(yōu)條件。
[0014]通過(guò)新的同時(shí)發(fā)生的生理最大值指示這些最大值:最大氧氣潮氣量、最大脈搏率、呼吸混合物中的最大氧氣分壓、靜脈結(jié)構(gòu)中的最大血液壓力、缺氧誘導(dǎo)的血管舒張，所有都用于使毛細(xì)血管入口處產(chǎn)生最大血壓壓力，并因此為哺乳動(dòng)物創(chuàng)造最大組織血液灌注。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，由于使用單一空氣濃度，因此任何現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)不了這些同時(shí)發(fā)生的最大條件。
[0015]新實(shí)現(xiàn)的這些最大值產(chǎn)生從血液流動(dòng)改善到器官系統(tǒng)和全身肌肉改善的快速的生理作用，其中以包括精神表現(xiàn)的藥理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。因此，需要重新產(chǎn)生Ardenne所公開(kāi)的生理改善的裝置，使用多步驟氧氣療法，所述改善通常出現(xiàn)在36個(gè)小時(shí)內(nèi)，當(dāng)提供兩種不同濃度的氧氣時(shí)出現(xiàn)在大約15分鐘或更短時(shí)間。
[0016]而且，所述裝置應(yīng)比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所公開(kāi)的那些裝置提供更強(qiáng)烈和漸增的生理改善。而且，所述裝置應(yīng)顯著而迅速地增加人類(lèi)運(yùn)動(dòng)能力增大的試驗(yàn)。
[0017]許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)利用不同的氧氣輸送率，但沒(méi)有公開(kāi)對(duì)比空氣混合物的使用。存在三類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng):多步驟氧氣，其在運(yùn)動(dòng)期間輸送氧氣分壓的固定增量；使用高壓的，其在休息時(shí)將固定水平增大的氧氣分壓輸送到全身；以及低氧訓(xùn)練系統(tǒng)，其在休息時(shí)或運(yùn)動(dòng)期間輸送降低的氧氣分壓，以引起持久的適應(yīng)性變化，從而改善總氧氣利用。
[0018]解決血漿氧氣不足的關(guān)鍵在于利用身體對(duì)漸進(jìn)對(duì)比海拔的適應(yīng)性響應(yīng)。對(duì)于提供便攜艙，已經(jīng)進(jìn)行了各種嘗試，便攜艙模擬不同的海拔以示出海拔上升的效應(yīng)，以及/或者獲得模擬不同海拔的一些優(yōu)點(diǎn)，例如，對(duì)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練而言。其已經(jīng)用于訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員，以用于實(shí)現(xiàn)改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、海拔預(yù)適應(yīng)和/或身體健康的目的。
[0019]在低氧艙和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，乘員經(jīng)受較低的氧氣分壓以便模擬高海拔。利用具有降低的氧氣分壓的呼吸混合物將體力耗盡的哺乳動(dòng)物暴露于低氧條件下是眾所周知的。這種暴露產(chǎn)生已知用于改善遠(yuǎn)端組織供氧的有益的血管狀態(tài)。當(dāng)哺乳動(dòng)物適應(yīng)低氧條件時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)所述有益效果，其導(dǎo)致低氧血管舒張和其他效果。
[0020]同時(shí)發(fā)生低氧血管舒張和體力耗盡會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)血管處的脈壓增大，其將使比正常情況下更多的血液噴射通過(guò)毛細(xì)血管。增強(qiáng)的脈壓改善組織灌注。然而，低氧體力耗盡的挑戰(zhàn)在于由于呼吸混合物中氧氣減少，因此血漿中包含的氧氣少于正常情況的氧氣。這種減少通常防止溶解在血漿中的氧氣起內(nèi)皮抗炎癥的作用，如Ardenne所公開(kāi)的，并且可引起其他的炎癥。
[0021]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的示例性方面利用低氧條件來(lái)建立低氧血管舒張，以便使毛細(xì)血管處產(chǎn)生最大脈壓，然后轉(zhuǎn)換到最大氧氣分壓，以通過(guò)增大的氧氣分壓從現(xiàn)有技術(shù)低氧訓(xùn)練系統(tǒng)可獲得的降低的氧氣血漿氧氣分壓改變?yōu)樵鰪?qiáng)的氧氣分壓。
[0022]該轉(zhuǎn)換條件創(chuàng)造遠(yuǎn)端組織處的示例性和新穎條件，所述條件通過(guò)僅利用降低的氧氣分壓的非轉(zhuǎn)換低氧訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不了，或者即使在當(dāng)體力耗盡的哺乳動(dòng)物通過(guò)恢復(fù)到正常空氣而從低氧訓(xùn)練恢復(fù)的恢復(fù)過(guò)程中也實(shí)現(xiàn)不了。本發(fā)明的示例性方面利用由低氧體力耗盡，緊接著增強(qiáng)氧氣而產(chǎn)生的血管狀態(tài)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明因此相對(duì)于所有形式的低氧訓(xùn)練系統(tǒng)和艙具有新穎性。
[0023]另一種類(lèi)型的模擬系統(tǒng)包括高壓艙，并用于醫(yī)療和體育產(chǎn)業(yè)中。實(shí)質(zhì)上，高壓艙的乘員接受高壓治療，在其中他們承受相對(duì)較高的氧氣分壓。除其他用處以外，已知高壓治療還用于增強(qiáng)肌肉再生并用于增大體液中所溶解的氧氣水平。
[0024]傳統(tǒng)高壓艙通常由能夠承受壓差的剛性材料制成。因此，高壓治療不是一般情況都可以進(jìn)行的，并且通常僅用于頂尖運(yùn)動(dòng)員和所選擇的患者。
[0025]然而，相對(duì)于本發(fā)明，現(xiàn)有技術(shù)便攜艙具有一些缺點(diǎn)。高壓治療具有身體上緩慢的響應(yīng)時(shí)間，通常需要使用40個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，以產(chǎn)生臨床上可測(cè)量的結(jié)果。使用本發(fā)明，通常在大約3分鐘內(nèi)為健全用戶實(shí)現(xiàn)等效且通常較好的結(jié)果。
[0026]高壓艙要求全身增壓，這通常導(dǎo)致大多數(shù)用戶感覺(jué)內(nèi)耳不適。物理封裝也會(huì)導(dǎo)致許多用戶產(chǎn)生幽閉恐懼。醫(yī)療級(jí)高壓艙所需材料的花費(fèi)至少是本發(fā)明的量的20倍。醫(yī)療高壓管理需要一個(gè)或兩個(gè)受過(guò)訓(xùn)練的操作者在醫(yī)療或?qū)I(yè)環(huán)境下對(duì)健康受到挑戰(zhàn)的個(gè)人進(jìn)行安全管理。因此，需要一種裝置來(lái)提供增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)形式，其對(duì)于能夠進(jìn)行幾乎任何形式的靜態(tài)運(yùn)動(dòng)的任何人來(lái)說(shuō)是安全的且易于使用，并且不需要管理者并且可在家中安全使用。
[0027]因此，盡管高壓艙、低氧呼吸系統(tǒng)和具有氧氣系統(tǒng)的固定混合運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域不斷發(fā)展，仍需要呼吸輸送系統(tǒng)，以便為血漿中的最大氧氣分壓并因此為組織氧氣灌注創(chuàng)造最優(yōu)生理?xiàng)l件。這種組合提供與血漿缺氧以及受阻的組織氧氣灌注相關(guān)的健康狀況的示例性緩解能力，并因此提供新穎性，以克服用于高壓和/或低氧治療的現(xiàn)有技術(shù)便攜艙的缺點(diǎn)。這些系統(tǒng)不利用本發(fā)明的可迅速轉(zhuǎn)換的對(duì)比氧氣分壓。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)不單獨(dú)或以任何實(shí)際組合創(chuàng)造本發(fā)明的新的血管狀態(tài)。
[0028]因此，期望有性價(jià)比更高的用于將受控的吸入空氣流從空氣