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Dokumentenidentifikation DE69824500T2 25.08.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000898486
Titel EINRICHTUNG FÜR PASSIVES HYPOXISCHES TRAINING
Anmelder Hypoxico Inc., New York, N.Y., US
Erfinder KOTLIAR, K., Igor, New York, US
Vertreter Andrae Flach Haug, 83022 Rosenheim
DE-Aktenzeichen 69824500
Vertragsstaaten AT, CH, DE, DK, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.02.1998
EP-Aktenzeichen 989061510
WO-Anmeldetag 04.02.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/02187
WO-Veröffentlichungsnummer 0098034683
WO-Veröffentlichungsdatum 13.08.1998
EP-Offenlegungsdatum 03.03.1999
EP date of grant 16.06.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.08.2005
IPC-Hauptklasse A62B 7/10
IPC-Nebenklasse A62B 23/02   B01D 53/22   B01D 53/047   B01D 53/02   B01D 53/053   A63B 23/18   

Beschreibung[de]
Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bereitstellung einer hypoxischen Umgebung für einen Benutzer zum Zweck des hypoxischen Trainings im Hinblick auf die Stärkung des Immunsystems, die Erhöhung der Körperkraft, der Ausdauer und der Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Krankheiten, und im spezielleren eine Einrichtung, bei der ein sauerstoffverarmtes Gasgemisch zum Einsatz kommt, das einem Benutzer zur Inhalation verabreicht wird.

Die Vorteile des hypoxischen Trainings und der hypoxischen Therapie sind in früheren Anmeldungen des Anmelders beschrieben und können auch im "Hypoxia Medical Journal", Genf-Moskau, sowie in den Veröffentlichungen der alljährlich in verschiedenen Ländern abgehaltenen "International Hypoxia Symposia" nachgelesen werden.

Während der Inhalation von hypoxischer Luft wird der Herzschlag und die Atemfrequenz erhöht und die Lungenventilation verbessert. In manchen Ländern wird das hypoxische Training als Behandlung für verschiedene Krankheiten verwendet, weil es zu einer Verbesserung des Immunsystems und der Widerstandskraft des Patienten führt.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Europäische Patentanmeldung EP 0472 799 sowie die US-Patente 5.207.623 und 5.383.448 zeigen einen Typ der derzeit am Markt erhältlichen Einrichtung zur hypoxischen Therapie. Die Einrichtung funktioniert nach einem Membran-Gastrennprinzip und weist ein hohes Gewicht (100 kg) und eine große Lärmentwicklung (80–100 dba) auf. Das auf dem Weg der Membrantrennung generierte hypoxische Gasgemisch ist absolut trocken und muss befeuchtet werden.

Der schwerwiegendste Nachteil von Einrichtungen, die nach dem Gastrennprinzip arbeiten, liegt jedoch darin, dass in der dem Benutzer zur Inhalation dargereichten, hypoxischen Luft auch kein Kohlendioxid, ein notwendiges Atmungsstimulans, mehr enthalten ist. Ein weiterer bedeutender Nachteil dieser Systeme liegt in der Notwendigkeit der ständigen Befeuchtung des erzeugten Gasgemischs, was ein häufiges Nachfüllen der Befeuchterflasche mit destilliertem Wasser (das manche Benutzer unter Umständen nicht zur Verfügung haben) sowie deren Sterilisierung erforderlich macht.

Diese Einrichtung ist außerdem teuer (ca. $ 20.000), sie kann nur 15 L/min eines hypoxischen Gasgemischs erzeugen (was für hypoxisches Training von Leistungssportlern mengenmäßig nicht ausreicht), sie benötigt zur Lufttrennung einen relativ hohen Druck (3–4 Bar) und verbraucht eine große Menge Energie (min. 0,4 kW). Bedingt durch die geringe Menge an bereitgestellter hypoxischer Luft ist eine Verwendung durch gut trainierte Personen und Leistungssportler mit größerer Lungenkapazität nicht möglich.

Die WO 96/37176 zeigt eine Einrichtung für hypoxisches Training und hypoxische Therapie gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese bekannte Einrichtung verwendet ebenfalls das Membran-Gastrennprinzip und weist daher die weiter oben erwähnten und diesem Prinzip inhärenten Eigenheiten auf. Darüber hinaus kommt es der Lehre dieses Dokuments zufolge zu einer Wiederverwendung der Ausatmungsluft, die von einer Atemmaske zu einer Membran-Trenneinheit weitergeleitet wird, um Kohlendioxid und Wasser aus der Ausatmungsluft abzuscheiden und dieses zum Zweck der weiteren Reduktion des Sauerstoffgehalts der Umgebungsluft zu verwenden, die in die Membran-Trenneinheit eingeleitet wird. Daher ist die bekannte Rückführleitung nicht dazu geeignet, den Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft weiter zu reduzieren, ohne dabei den Kohlendioxid- und Wassergehalt der hypoxischen Luft zu verringern.

Kurzdarstellung der Erfindung

Das zugrundeliegende Problem besteht darin, eine in der Anschaffung erschwingliche und leichtgewichtige Einrichtung für hypoxisches Training und hypoxische Therapie (Hypoxiegerät) zu schaffen, die in der Lage ist, eine große Menge eines kohlendioxidhältigen, hypoxischen Gasgemischs zu erzeugen und bei der sich eine zusätzliche Befeuchtung erübrigt.

Dieses Problem wird durch eine Einrichtung gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet einen Kompressor, der durch den Einlass Umgebungsluft ansaugt und diese unter Druck einer rückschlaggesicherten Adsorptionseinheit zuführt, die mit einem Molekularsieb-Adsorptionsmaterial ausgestattet ist, welches Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aus der ihr zugeführten Umgebungsluft adsorbiert und somit das zu dem zweiten Auslass zu befördernde, zweite Gasgemisch bereitstellt. Die Einrichtung umfasst weiterhin einen Gassammelbehälter, welcher mit dem zweiten Auslass in Verbindung steht und über einen Abgabeleitungsanschluss sowie über einen Rückführleitungsanschluss verfügt. Der Abgabeleitungsanschluss steht mit der Abgabeleitung für hypoxisches Gas in Verbindung, während der Rückführleitungsanschluss über eine Rückführleitung mit dem Einlass in Verbindung steht, welcher Umgebungsluft ansaugt und bei Verwendung der Rückführleitung einen Teil des zweiten Gasgemischs in das Sauerstoffextraktionssystem rückführt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kommt ein Adsorptionsprinzip unter Verwendung einer Rückschlagklappe zum Einsatz, wodurch die Entfernung einer trockenen, sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Umgebungsluft ermöglicht wird und ein an Sauerstoff verarmtes Gasgemisch generiert wird, das eine im Vergleich zu der umgebenden Zuführluft erhöhte Feuchtigkeit und einen erhöhten Kohlendioxidgehalt aufweist.

Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Einrichtung für hypoxisches Training und hypoxische Therapie ein hypoxisches Gasgemisch bereitstellt, welches Kohlendioxid, ein notwendiges Atmungsstimulans, enthält, und dass keine umfangreiche Wartung und keine zeitaufwendigen täglichen Vorbereitungsarbeiten, wie etwa das Reinigen und Neubefüllen einer Befeuchterflasche, vonnöten sind. Das Hypoxiegerät erfordert somit keine spezielle Befeuchtungseinrichtung.

Als weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die folgenden Punkte zu nennen: geringe Anschaffungskosten, Energieeinsparung (sie benötigt lediglich einen 0,25 kW-Kompressor), hohe Produktivität (hypoxisches Gasgemisch in einer Menge von bis zu 60 l/min), Leichtgewichtigkeit (ca. 30 kg), niedrigerer Betriebsdruck (2 bar) und geringerer Geräuschpegel (weniger als 50 dba in 1 Meter Entfernung).

Die meistbevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hypoxiegeräts ist in der Lage, hypoxische Luft in einer Menge von bis zu 60 l/min mit einem Kohlendioxidgehalt von üblicherweise 500 ppm bis 1500 ppm, je nach Kohlendioxidgehalt der Zuführluft und gewünschtem Sauerstoffgehalt des Endprodukts. Diese geringfügig erhöhten Kohlendioxidwerte sind der Stimulation des Atmungssystems eines Benutzers förderlich und führen zu bedeutend besseren Ergebnissen des hypoxischen Trainings und der hypoxischen Therapie. (Es ist medizinisch erwiesen, dass Kohlendioxid ein notwendiges Atmungsstimulans ist und in Konzentrationen von bis zu 3% bzw. 30000 ppm ungefährlich ist).

Das erfindungsgemäße Hypoxiegerät kann in medizinischen Einrichtungen zur hypoxischen Therapie und als Gerät für den Heimgebrauch zum passiven hypoxischen Training für Personen – insbesondere Leistungssportler – mit erhöhtem Bedarf an hypoxischer Atemluft verwendet werden.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

1 zeigt eine schematische Ansicht der meistbevorzugten Ausführungsform 10 des erfindungsgemäßen Hypoxiegerätes, welches zum passiven hypoxischen Training bzw. zur passiven hypoxischen Therapie verwendet werden kann.

Ein Kompressor 13 saugt Umgebungsluft über einen Ansaugfilter 11 und eine Ansaugleitung 12 an und presst sie mit einem Druck von 30 Pfund pro Quadratzoll in das System. Die unter Druck gesetzte Luft wird in der Kühlschlange 14 gekühlt und durch die Leitung 15 und das Ventil 16 in die Patrone 20 befördert, welche Molekularsiebmaterial, vorzugsweise synthetische oder natürliche Zeolithen bzw. Molekularsiebkohle vom Typ CMSO2, enthält. Während das Molekularsiebmaterial sich allmählich mit einer stickstoffangereicherten Fraktion sättigt, wird Sauerstoffkonzentrat durch das Ventil 22 und über den Auslass 25 an die Umgebung abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventile 17, 16 und das optionale Ventil 24 geschlossen. Unmittelbar bevor das Molekularsiebmaterial sich mit Stickstoff sättigt, schließen die Ventile 16, 19 und 22 und öffnen die Ventile 17, 18 und 23. Der Strömungsweg der Druckluft wird in die Patrone 21 umgelenkt, die ebenfalls dasselbe Molekularsiebmaterial wie die Patrone 20 enthält. Beim Öffnen des Ventils 18 erfährt die Patrone 20 eine Druckminderung und lässt den angesammelten Stickstoff über die Leitung 26 in den Druckausgleichbehälter 27 hinein entweichen. Die Druckluft wird dann unter Druck in die Patrone 21 eingeleitet, wo derselbe Prozess abläuft wie in Patrone 20, wobei Sauerstoff durch das Ventil 23 und über den Auslass 25 an die Umgebung abgegeben wird. Eine geringe Menge Sauerstoff, welche durch das optionale Ventil 24 hindurchgeleitet wird, kann dazu verwendet werden, um das Molekularsiebmaterial von in der Patrone 20 verbliebenem Stickstoff zu reinigen.

Unmittelbar bevor das in der Patrone 21 befindliche Molekularsiebmaterial den Sättigungszustand erreicht, schließen die Ventile 17, 18 und 23 und öffnen die Ventile 16, 19 und 22, wodurch der in der Patrone 21 angesammelte Stickstoff durch das Ventil 19 und die Leitung 26 in den Druckausgleichbehälter 27 entweichen kann. Hierauf öffnet sich für kurze Zeit das Ventil 24, wodurch eine geringe Menge von Sauerstoffkonzentrat in die Patrone 21 eingelassen wird und dort das Molekularsiebmaterial von verbliebenem Stickstoff reinigt. Die Druckluft wird erneut durch das Ventil 16 in die Patrone 20 hinein umgelenkt, wodurch die alternierende Ablauffolge fortgesetzt wird. Die Anzahl der in dem System vorhandenen Druckbeaufschlagungspatronen kann variieren.

Das sauerstoffverarmte (hypoxische) Gasgemisch, das über eine höhere Feuchtigkeit und einen höheren Kohlendioxidgehalt als die Umgebungsluft verfügt, wird in dem Druckausgleichbehälter 27 gesammelt. Ein HEPA-Filter 28 (Hochleistungsteilchenabscheidung) ist weiter unten in dem Strömungspfad des hypoxischen Gasgemischs installiert, welches, nachdem es einen Sauerstoffanalysator 29 passiert hat, in einem optionalen Atembeutel 30 gesammelt wird. Der HEPA-Filter 28 kann auch dem Beutel 30 und dem Ventil 31 nachgeordnet angebracht sein.

Der Sauerstoffanalysator 29 ist in der Abgabeleitung für das hypoxische Gas zwischen dem Behälter 27 und dem Filter 33 angeordnet, um den in dem abgegebenen Gasgemisch vorhandenen Sauerstoffgehalt konstant zu halten. Der meistbevorzugte Sauerstoffgehalt für passives hypoxischen Training und passive hypoxische Therapie liegt bei 12% und kann für einige Anwendungen zwischen 10% und 15% variieren.

Geeignete HEPA-Filter in Kapselform sind bei den Firmen Gelman Sciences Inc. oder Arbortech erhältlich. Der Druckausgleichbehälter 27 kann aus Metall, Glas oder Plastik bestehen und kann sogar elastisch ausgebildet sein. Der Atembeutel besteht vorzugsweise aus einem weichen synthetischen Material (z. B. Silikongummi) und kann elastisch sein.

Das hypoxische Gasgemisch strömt dann von dem Beutel 30 durch ein optionales Niederdruckventil 31 in die Abgabeschlauchleitung 32, die mit dem Atemfilter 33 und der Atemmaske 35 verbunden ist, welche über ein Rückstromventil 34 verfügt, das verhindert, dass Ausatmungsluft in das System zurückströmt.

Der in dem abgegebenen Gasgemisch vorhandene Sauerstoffgehalt lässt sich regulieren, indem ein Teil des hypoxischen Gasgemischs von dem Druckausgleichbehälter 27 durch eine Rückführleitung 36 in die Luftansaugleitung 12 zurückgeführt wird, was durch die Anbringung eines Strömungsmischreglers 37 erfolgt. Der Strömungsmischregler 37 ermöglicht die Hinzufügung einer gewissen Menge des hypoxischen Gasgemischs aus dem Druckausgleichbehälter 27 zu der Umgebungsluft, welche von dem Kompressor 13 über den Ansaugfilter 11 angesaugt wird. Je mehr hypoxisches Gemisch der angesaugten Umgebungsluft beigemischt wird, umso geringer ist der Sauerstoffgehalt des zur Inhalation abgegebenen, hypoxischen Gasgemischs. Dieses Funktionsmerkmal sollte vorzugsweise für Hypoxiegeräte Verwendung finden, die unter Aufsicht in medizinischen Einrichtungen eingesetzt werden.

Bei der meistbevorzugten Ausführungsform, bei welcher ein von der Firma Thomas Industries, Inc., erzeugtes 0,248 kW WOB-L Kolben-Luftkompressormodell 2750CGHI50 zum Einsatz kommt, beträgt der in dem abgegebenen, hypoxischen Gasgemisch enthaltene Sauerstoffgehalt 15%, sofern 100% der verwendeten Umgebungsluft einen O2-Gehalt von 20,9% aufweisen. Durch Rückführung eines Teils der hypoxischen Luft in das System kann der Sauerstoffgehalt über den Regler 37 auf 10% oder weniger eingestellt werden.

Das von der meistbevorzugten Ausführungsform 10 bereitgestellte, hypoxische Luftgemisch weist einen angenehmen Feuchtigkeitsgehalt auf, da durch das Molekularsiebmaterial Wasserdampf zurückgehalten und zusammen mit dem hypoxischen Gasgemisch an einen Benutzer abgegeben wird. Der Kohlendioxidgehalt des abgegebenen Gasgemischs kann sich, je nach CO2-Gehalt der Umgebungsluft und O2-Gehalt des abgegebenen Gasgemischs; in einem Bereich zwischen 500 und 1500 ppm bewegen.

Als Adsorptionsmaterial kann in diesem System auch Molekularsiebkohle des Typs MSN2 verwendet werden. Diese adsorbiert Sauerstoff, lässt Stickstoff jedoch passieren. In diesem Fall wird der Auslass 25 mit dem Druckausgleichbehälter 27 verbunden und die Leitung 26 von dem Druckausgleichbehälter 27 getrennt, wodurch der angesammelte Sauerstoff in die Umgebung abgegeben werden kann. Ein Adsorptionsverfahren mit Rückschlagklappe sowie andere Techniken zur Lufttrennung können bei dieser Ausführungsform ebenfalls verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zur Bereitstellung von sauerstoffverarmter Luft für einen Benutzer, wobei die Einrichtung folgendes umfasst:

    ein Sauerstoffextraktionssystem mit einem Einlass zum Ansaugen von Umgebungsluft und mit einem ersten Auslass (25) und einem zweiten Auslass, wobei über den ersten Auslass (25) ein erstes Gasgemisch mit einem höheren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft und über den zweiten Auslass ein zweites Gasgemisch mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft befördert wird;

    wobei der erste Auslass (25) das erste Gasgemisch an einen Ort befördert, an welchem es nicht mit der an Sauerstoff verarmten Luft in Berührung kommt;

    wobei eine Abgabeleitung für hypoxisches Gas an ihrem Ende eine Atemmaske (35) aufweist und das zweite Gasgemisch an einen Benutzer zur Inhalation abgibt;

    gekennzeichnet durch

    einen Kompressor (13), der durch den Einlass Umgebungsluft einsaugt und diese unter Druck einer rückschlaggesicherten Adsorptionseinheit zuführt, die mit einem Molekularsieb-Adsorptionsmaterial ausgestattet ist, welches Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aus der ihr zugeführten Umgebungsluft adsorbiert und somit das zu dem zweiten Auslass zu befördernde, zweite Gasgemisch bereitstellt;

    einen Gassammelbehälter (27), der mit dem zweiten Auslass in Verbindung steht und über einen Abgabeleitungsanschluss sowie über einen Rückführleitungsanschluss verfügt;

    wobei der Abgabeleitungsanschluss mit der Abgabeleitung für hypoxisches Gas in Verbindung steht; und

    der Rückführleitungsanschluss über eine Rückführleitung (36) mit dem Einlass in Verbindung steht, welcher Umgebungsluft ansaugt, und bei Verwendung der Rückführleitung einen Teil des zweiten Gasgemischs in das Sauerstoffextraktionssystem rückführt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abgabeleitung für hypoxisches Gas eine Gasabgabeleitung (32) mit einem darin angebrachten HEPA-Filter (28), einem Sauerstoffanalysator (29), einem Atembeutel (30) und einer Atemmaske (35) mit Atemfilter (33) und Rückstromsperreinrichtung umfasst.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückführleitung (36) eine Gasmischeinrichtung zur Strömungsregelung des zweiten Gemischs aufweist, das der angesaugten Umgebungsluft beizumengen ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sauerstoffextraktionssystem pro Minute 30 bis 60 Liter an sauerstoffverarmter Luft erzeugt, deren Sauerstoffgehalt sich in einem Bereich zwischen 10 und 15% bewegt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
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B Arbeitsverfahren; Transportieren
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D Textilien; Papier
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