用于提供受控的吸入空氣流的裝置的制造方法
【專利說明】用于提供受控的吸入空氣流的裝置
[0001]相關(guān)專利申請的交叉參考
[0002]本發(fā)明要求于2014年4月3日提交的美國臨時專利申請N0.61974699的優(yōu)先權(quán)，以及于2015年3月20日提交的美國專利申請N0.14663881的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過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》一書中詳細(xì)地記載了這些變化，其通過引用的方式并入本文，其中在第一章生理機制中具體討論了血管炎癥機制。
[0005]血漿氧氣濃度的短期降低通常會導(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。這些收縮會降低給下游組織的血液和氧氣輸送，導(dǎo)致組織疼痛、對疾病的抵抗力下降以及退化加速。
[0006]血漿氧氣長期減少會使無血管細(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公開了通過使用連續(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還公開了使用體能挑戰(zhàn)，如運動、高溫或藥物腎上腺模擬，來同時上調(diào)呼吸擾動，如心率和呼吸潮氣量。增大呼吸擾動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公開了運動員在運動期間補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。已知對于健全的個人來說，升高補充氧氣速率防止身體達(dá)到最大呼吸擾動，并因此低于最大可達(dá)到的溶解的血漿氧氣。
[0010]在運動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)明可實現(xiàn)的二分之一。氧氣分壓的固定升高導(dǎo)致呼吸擾動凈減小，這是因為額外的氧氣使哺乳動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脈擴張將最大的脈壓輸送到毛細(xì)血管，因此呼吸擾動的這種減小限制了組織灌注。示例性組織灌注反映通過心臟栗送的血液的壓力，以及富氧血漿噴射通過因內(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)哺乳動物達(dá)到同時發(fā)生最大脈搏和最大氧氣分壓的新的呼吸狀態(tài)時，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，會特異性地引發(fā)這種狀態(tài)。
[0013]當(dāng)體力耗盡的哺乳動物實現(xiàn)同時發(fā)生最大呼吸擾動以及呼吸最大氧氣分壓的混合物時，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。體力耗盡的哺乳動物經(jīng)歷氧氣分壓升高的最大心跳的這些時刻為任何已知的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所實現(xiàn)不了的組織氧氣灌注創(chuàng)造最優(yōu)條件。
[0014]通過新的同時發(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，并因此為哺乳動物創(chuàng)造最大組織血液灌注。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，由于使用單一空氣濃度，因此任何現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)都實現(xiàn)不了這些同時發(fā)生的最大條件。
[0015]新實現(xiàn)的這些最大值產(chǎn)生從血液流動改善到器官系統(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)的藥理實驗進(jìn)行測量。因此，需要重新產(chǎn)生Ardenne所公開的生理改善的裝置，使用多步驟氧氣療法，所述改善通常出現(xiàn)在36個小時內(nèi)，當(dāng)提供兩種不同濃度的氧氣時出現(xiàn)在大約15分鐘或更短時間。
[0016]而且，所述裝置應(yīng)比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所公開的那些裝置提供更強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運動能力增大的試驗。
[0017]許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)利用不同的氧氣輸送率，但沒有公開對比空氣混合物的使用。存在三類現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng):多步驟氧氣，其在運動期間輸送氧氣分壓的固定增量；使用高壓的，其在休息時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)，其在休息時或運動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)鍵在于利用身體對漸進(jìn)對比海拔的適應(yīng)性響應(yīng)。對于提供便攜艙，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，例如，對于運動訓(xùn)練而言。其已經(jīng)用于訓(xùn)練運動員，以用于實現(xiàn)改善運動表現(xiàn)、海拔預(yù)適應(yīng)和/或身體健康的目的。
[0019]在低氧艙和運動系統(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)哺乳動物適應(yīng)低氧條件時，通常會出現(xiàn)所述有益效果，其導(dǎo)致低氧血管舒張和其他效果。
[0020]同時發(fā)生低氧血管舒張和體力耗盡會導(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毛細(xì)血管。增強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所公開的，并且可引起其他的炎癥。
[0021]對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明的示例性方面利用低氧條件來建立低氧血管舒張，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)樵鰪姷难鯕夥謮骸?br>[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，所述條件通過僅利用降低的氧氣分壓的非轉(zhuǎn)換低氧訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)不了，或者即使在當(dāng)體力耗盡的哺乳動物通過恢復(fù)到正?？諝舛鴱牡脱跤?xùn)練恢復(fù)的恢復(fù)過程中也實現(xiàn)不了。本發(fā)明的示例性方面利用由低氧體力耗盡，緊接著增強氧氣而產(chǎn)生的血管狀態(tài)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明因此相對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。實質(zhì)上，高壓艙的乘員接受高壓治療，在其中他們承受相對較高的氧氣分壓。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動員和所選擇的患者。
[0025]然而，相對于本發(fā)明，現(xiàn)有技術(shù)便攜艙具有一些缺點。高壓治療具有身體上緩慢的響應(yīng)時間，通常需要使用40個小時或更長時間，以產(chǎn)生臨床上可測量的結(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)用戶感覺內(nèi)耳不適。物理封裝也會導(dǎo)致許多用戶產(chǎn)生幽閉恐懼。醫(yī)療級高壓艙所需材料的花費至少是本發(fā)明的量的20倍。醫(yī)療高壓管理需要一個或兩個受過訓(xùn)練的操作者在醫(yī)療或?qū)I(yè)環(huán)境下對健康受到挑戰(zhàn)的個人進(jìn)行安全管理。因此，需要一種裝置來提供增強的運動形式，其對于能夠進(jìn)行幾乎任何形式的靜態(tài)運動的任何人來說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)的固定混合運動的領(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)生理條件。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。這些系統(tǒng)不利用本發(fā)明的可迅速轉(zhuǎn)換的對比氧氣分壓。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)不單獨或以任何實際組合創(chuàng)造本發(fā)明的新的血管狀態(tài)。
[0028]因此，期望有性價比更高的用于將受控的吸入空氣流從空氣