Кислородный концентратор своими руками как сделать
Добавил пользователь Alex Обновлено: 18.09.2024
Кому показана и кому противопоказана кислородотерапия, зачем измерять сатурацию при нагрузке, как подобрать кислородный концентратор, как организовать пространство
Время чтения: 6 мин.
Что такое кислородотерапия и кому она показана
Кислородотерапия — это метод лечения, при котором пациент получает воздушную смесь с повышенным содержанием кислорода.
В составе воздуха, которым мы дышим, помимо прочих газов 21% кислорода. И такого содержания кислорода нам вполне хватает для жизни.
Но существует такое состояние, при котором организм нуждается в большей концентрации кислорода для обеспечения жизнедеятельности. Оно носит название синдром дыхательной недостаточности и возникает в трех случаях:
В чем же заключается опасность синдрома дыхательной недостаточности? При кислородном голодании организм всеми возможными способами пытается насытиться недостающим кислородом: мы чаще дышим (одышка), учащается пульс, возникает тревога, повышенная утомляемость. Чем более выражена гипоксия, тем сильнее будут проявляться вышеописанные симптомы. А при гиперкапнической дыхательной недостаточности избыточное количество углекислого газа будет отравлять организм.
Как измеряют эффективность кислородной терапии? Можно ли измерить эффективность кислородной терапии самостоятельно и какое оборудование для этого необходимо
Если не лечить дыхательную недостаточность, меняется химический состав крови, что ведет к патологическим и необратимым изменениям в деятельности внутренних органов. Поэтому целью кислородотерапии будет поддержание кислорода крови на должном уровне. Вывод: кислородотерапия применяется при первых двух типах дыхательной недостаточности.
А при третьем типе не показана. Давайте рассмотрим, почему. Что нужно для того, чтобы мы нормально выдыхали избыток СО2? Полноценный выдох. А при некоторых заболеваниях (например, при хронической обструктивной болезни легких) полноценный выдох затруднен тем, что просвет бронхов сужен, например, отеком, мокротой. Эти препятствия затрудняют выдох. И тогда человек начинает выдыхать с усилием. Но во время сна или когда он устает от этих усилий, углекислый газ скапливается в организме. Поэтому главная задача лечения при таком состоянии — выведение углекислого газа, а не подача кислорода (дополнительный кислород не решит проблему избытка углекислого газа). Эту проблему решает неинвазивная вентиляция легких.
Важно помнить, что у пациентов паллиативного профиля при ХОБЛ или нейромышечных заболеваниях дыхательная недостаточность бывает смешанная (одновременно наблюдаются недостаток кислорода и избыток углекислого газа). И тогда может понадобиться и кислородотерапия, и неинвазивная вентиляция легких.
Заболевания, при которых бывает дыхательная недостаточность ( Currow JPSM 2010).
Неинвазивная вентиляция легких (НИВЛ): ожидания и реальность Как устроены наши легкие, чего ожидать от неинвазивной вентиляции легких, каким образом аппараты НИВЛ помогают дышать
- Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) — 95%;
- Рак легких, метастазы в легкие/плевру — 95%;
- Сердечно-сосудистые заболевания с исходом в хроническую сердечную недостаточность — 88%;
- Нейро-мышечные заболевания (боковой амиотрофический склероз, спинальная мышечная атрофия, рассеянный склероз) — 50%.
У пациентов паллиативного профиля одышка встречается чаще всего ввиду тяжести состояния.
Определение наличия дыхательной недостаточности
При дыхательной недостаточности пациент будет испытывать трудности с вдохом или выдохом, учащенное дыхание, утомляемость, тревогу, сердцебиение. Может отмечаться синюшность или гиперемия лица, синюшность конечностей.
Причем измерять сатурацию необходимо и в покое, и при физической нагрузке. Почему?
Представьте себе ситуацию, когда вы утром спешите на работу, увидели на остановке автобус и бежите к нему, чтобы успеть сесть. Зайдя в автобус, вы будете часто дышать, ведь при беге организм интенсивней, чем обычно, потреблял кислород, возник его дефицит — надо его восполнить, насытить организм кислородом. Вскоре ваше дыхание нормализуется, уровень кислорода в крови восстановится. А как будет обстоять дело у человека с дыхательной недостаточностью в аналогичной ситуации? Он также будет тяжело дышать, однако ему потребуется гораздо больше кислорода, чем вам. И даже если он будет дышать чаще и глубже, чем вы, все равно ему не хватит содержащегося в воздухе кислорода. Значит, ему понадобится кислородотерапия.
Даже если у такого человека сатурация в покое нормальная, обязательно нужно измерить ее после посильной для него физической нагрузки. Если выяснится, что после нагрузки сатурация серьезно падает, понадобится так называемая ситуационная кислородотерапия, то есть дополнительный кислород нужен на какую-то ситуацию, например, при нагрузке или во время сна.
Тест для специалистов. Как лечить одышку? Проверьте свои знания о лечении одышки, выберите правильную тактику лечения в предложенных случаях
Однако бывает и так, что дополнительное количество кислорода человеку нужно постоянно. Тогда ему показана длительная кислородотерапия (более 15 часов в день).
Когда противопоказан кислород
При нейромышечных заболеваниях кислород противопоказан. Рассмотрим причину этого на примере бокового амиотрофического склероза.
Это заболевание, при котором поражается нервная система (так называемый двигательный нейрон), что ведет к нарушению работы важнейших систем организма, в том числе и к ослаблению дыхания. Оно становится более поверхностным, вследствие чего часто снижается сатурация. Но несмотря на это кислород назначать нельзя.
Что организм делает, когда понимает, что дыхание стало поверхностным, а значит, и кислорода для организма мало? Конечно, мы начинаем чаще дышать. Хоть и поверхностно. Такая одышка позволяет организму жить и при сниженных цифрах сатурации. Если же назначается кислородотерапия, организм отменяет этот защитный механизм — одышку. И тогда нарастает концентрация углекислого газа в крови. Сознание человека угнетается. По этой причине кислородотерапия может серьезно навредить человеку с нейромышечным заболеванием.
В любом случае показания и противопоказания к кислородотерапии определяет врач.
Эффекты от кислородотерапии
Если кислородотерапия назначена по показаниям, человек отмечает улучшение самочувствия, уменьшение одышки, сердцебиения, он меньше утомляется.
Довольно часто родственники спрашивают, будет ли эффект от кислородотерапии, когда близкий — в терминальной стадии заболевания. Здесь ответ один: в терминальной стадии показаний нет: кислородотерапия способна оказать эффект только тогда, когда снижена сатурация, одышку кислород не лечит. Скорее, кислородотерапия способна оказать положительный психологический эффект.
Побочные эффекты
Они могут возникнуть, если кислородотерапия назначена не по показаниям. Однако чаще всего побочные эффекты связаны с неправильной техникой. Во-первых, это ранки слизистой полости носа от кислородной канюли. Чтобы избежать этого осложнения, нужно смазывать слизистую носа облепиховым маслом, чаще менять канюли. Со временем канюли дубеют. Если вы почувствовали, что они стали очень жесткими, их нужно поменять.
Другая проблема — сухость слизистых, чаще — в первое время использования кислорода. Чтобы избежать сухости, можно дополнительно опрыскивать полость носа физраствором, однако это, скорее, психологическая мера. Поскольку кислород из аппарата проходит через колбу с водой, воздух увлажнен, и сухость, скорее, связана с субъективными ощущениями пациента.
Домой на инвазивной вентиляции легких — не страшно ли это? Заведующая отделением респираторной поддержки рассказывает, как готовится выписка домой человека, нуждающегося в искусственной вентиляции легких
Как выбрать кислородный концентратор
Сначала нужно определиться, есть ли у пациента необходимость перемещаться по улице, используя кислородотерапию. Или пациент лежачий и за пределы квартиры не перемещается. В первом случае можно использовать портативные кислородные концентраторы. Они легкие и удобные. Однако необходимо помнить, что, во-первых, в них, как правило, не используется увлажнитель, а сухим воздухом дышать долго нельзя. Во-вторых, при максимальном потоке кислорода 5 л/мин они держат заряд максимум час, если нет дополнительной батареи.
Стационарные кислородные концентраторы — массивные, тяжелые, все они — с постоянным потоком кислородной смеси. В составе всегда есть увлажнитель. Если пациент не мобилен, это идеальный вариант для него.
Стационарные кислородные концентраторы бывают на 5 и 10 литров.
Организация пространства
Итак, вы выбрали кислородный концентратор. Стационарный необходимо разместить в комнате так, чтобы на него сверху ничего не могло упасть. Накрывать его нельзя. Под аппарат лучше постелить коврик для йоги. Концентратор не должен стоять рядом со шторой, она может закрыть отверстие, в которое поступает воздух, и поток снизится. Домашних питомцев к аппарату тоже лучше не подпускать.
Концентратор не должен стоять вплотную к стене, как минимум — в 10 см от нее, иначе он может перегреться. Нельзя размещать аппарат рядом с отопительными приборами, плитой.
Пыль с поверхности концентратора можно протирать обычной влажной тряпкой.
Что касается расходных материалов, то колба-увлажнитель рассчитана на год, а канюли — на 3 месяца. Но если канюли стали очень жесткими раньше этого срока, лучше их заменить.
Основные страхи, связанные с кислородотерапией
Аппарат НИВЛ: как настроить меню пациента Показываем, какие настройки меню аппарата НИВЛ доступны для внесения изменений самим пациентом
Несмотря на то, что использование кислородных концентраторов на дому широко распространено, у многих людей остается страх, связанный с тем, что кислород взрывоопасен. Это действительно так, однако при соблюдении мер предосторожности этот риск сводится к нулю.
Вам может быть интересно:
Расходные материалы для респираторной поддержки: как ухаживать за ними дома. Что можно обрабатывать, а что нельзя? Как и с помощью чего дезинфицировать многоразовые изделия, как часто менять одноразовые?
Портативные источники кислорода. Как использовать кислородные концентраторы и баллоны.
Все о масках для неинвазивной вентиляции легких (НИВЛ). Виды масок, правила подбора, проблемы и осложнения при использовании маски, уход за маской.
Рекомендации для пациентов, получающих респираторную поддержку дома во время пандемии COVID-19. Что делать, если установлена трахеостома, как часто обрабатывать и менять расходники для устройств искусственной вентиляции легких.
Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — И. А. Аполлонова, Е. А. Иванов
В статье была показана актуальность и новизна разработки портативного кислородного концентратора . Проведен анализ и сравнение различных способов доставки кислорода , проведен анализ рынка портативных кислородных концентраторов , которые имеются в продаже в России и обзор литературы в области устройств, необходимых для проведения кислородной терапии. Описан принцип работы и требуемые параметры кислородного концентратора , а также разработана и описана структурная схема разрабатываемого прибора.
Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — И. А. Аполлонова, Е. А. Иванов
Математическое моделирование процессов, протекающих в портативных установках короткоцикловой безнагревной адсорбции
Математическое моделирование процесса обогащения кислородом воздуха в установке короткоцикловой адсорбции
DEVELOPMENT OF A BLOCK DIAGRAM OF AN OXYGEN CONCENTRATOR
The article showed the relevance and novelty of developing a portable oxygen concentrator. The analysis and comparison of various methods of oxygen delivery, the analysis of the market of portable oxygen concentrators, which are commercially available in Russia, and a review of the literature in the field of devices necessary for oxygen therapy. The principle of operation and the required parameters of the oxygen concentrator are described, and a block diagram of the device under development is developed and described.
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ КИСЛОРОДНОГО КОНЦЕНТРАТОРА
И.А. Аполлонова, канд. техн. наук, доцент Е.А. Иванов, студент
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Россия, г. Москва)
Аннотация. В статье была показана актуальность и новизна разработки портативного кислородного концентратора. Проведен анализ и сравнение различных способов доставки кислорода, проведен анализ рынка портативных кислородных концентраторов, которые имеются в продаже в России и обзор литературы в области устройств, необходимых для проведения кислородной терапии. Описан принцип работы и требуемые параметры кислородного концентратора, а также разработана и описана структурная схема разрабатываемого прибора.
Ключевые слова: кислородный концентратор, гипоксия, адсорбция, давлени, кислород, азот, воздух.
По данным Федеральной службы государственной статистики, на 24 сентября 2018 года в России каждый третий имеет заболевания органов дыхания, а это 51,8 млн граждан только в нашей стране. Среди
основных причин смертности болезни системы кровообращения занимают первое место 46,3%, второе - онкологические заболевания 15,6% [1].
1 Другие заболевания
1 Здоровое население
1 Онкологические заболевания 1 Болезни системы кровообращения 1 Болезни органов дыхания
Рис. 1. Обзор статистики заболеваемости среди населения РФ на 2018 г., %
Все эти люди, имеющие заболевания системы кровообращения, онкологические заболевания или болезни органов дыхания, имеют нарушения в физиологии дыхания. Вследствие чего организм перестает получать достаточное количество кислорода и развивается гипоксия, которая при постепенном развитии и отсутствия необходимого лечения принимает угрожающую жизни пациента [2]. В связи с этим, для устранения гипоксии необходима кислородная терапия. Кроме того, она рекомендуется пациентам, перенесшим операции и
различные тяжелые заболевания, так как она помогает укрепить иммунитет человека и ускорить процесс выздоровления.
Урбанизация - значительная и растущая мировая тенденция, которая сопряжена с возникновением всё более важных экологических проблем. Первой и, безусловно, наиболее очевидной проблемой, вызванной урбанизацией, является, несомненно, загрязнение воздуха. Как следствие идет снижение уровня кислорода, поэтому многие жители мегаполисов ощущают постоянную гипоксию. Она проявляется в чрез-
мерной утомляемости, головной боли, сонливости и раздражительности [3]. Таким образом, можно сделать вывод, что кислородная терапия полезна не только больным, но и здоровым людям в особенности детям.
Кислородотерапия применяется при различных патологиях таких как: хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), бронхиальная астма, энфизема,
хроническое легочное сердце, муковисци-доз, сердечная и легочная недостаточности, легочная гипертензия и другие [4].
В настоящее время для кислородотера-пии используют три способа доставки кислорода [5]:
- баллоны со сжатым газом (кислородом);
- баллоны с жидким кислородом;
Таблица 1. Сравнительная характеристика различных способов доставки кислорода [5]
Кислородные концентраторы Баллоны со сжатым ки- Баллоны с жидким кислородом слородом
Требуется ли источник питания Да, постоянно (зависит от модели:100-600 Вт) Нет
Требуется ли транспортировка Только во время установки Да, регулярно; тяжело и дорого транспортировать
Требуется ли перезаправка Нет, постоянное питание до тех пор, пока подключено к сети Да, в зависимости от размера, давления, хранения и потребности пациента
Необходимость ухода Умеренная: очистка фильтров и устройства снаружи, и минимизировать пожароопасность Минимальная: необходимы регулярная проверка и минимизация пожароопас- ности (без смазки или легковоспламеняющихся)
Расходы на эксплуатацию Небольшие: электричество и обслуживание Высокие: заправка баллонов и транспортировка от заправки станция в больницу или к пациенту
Техническое обслуживание Умеренное: необходима проверка кислорода на выходе с помощью анализатора Умеренное: проверять на утечки давления с помощью манометра
Проанализировав таблицу, которая представлена выше, видим, что кислородный концентратор является наиболее оптимальным решением доставки кисло-рода с точки зрения пожаробезопасности, обслуживания и комфортной эксплуата-ции. Портативный кислородный концентратор помогает повысить качество жизни пациента, так как его можно брать с собой благодаря небольшому весу и наличию аккумуляторных батарей.
Сегодня переносные кислородные концентраторы работают как в импульсном режиме, в зависимости от индивидуальных особенностей дыхания пациента, так и в
потоковом для использования в ночное время во время сна при этом равномерно кислород равномерно распределяется во всей воздушной смеси. Данный прибор адсорбирует азот, углекислый газ и другие составные части окружающего нас воздуха и выделяет кислород, который в дальнейшем подается пациенту.
Новизна работы и обзор рынка портативных кислородных концентраторов, которые имеются в продаже в России
В России большое количество компаний занимается продажей кислородных концентраторов. На рынке присутствуют модели из США, Германии и Китая.
Таблица 2. Сравнительная характеристика пятилитровых портативных кислородных
Габариты, см Вес, кг Время работы, ч Цена, руб. Уровень шума, дБ
Invacare XPO2 NEW (Германия) 24 х 19 х 10 2.6 до 5 310 000 40
Airsep Freestyle 5L (США) 27.2 x 16.8 x 11.2 3.0 до 4.25 251 867 43
Respironics EverGo (США) 30.5 x 15.2 x 21.6 3.8 до 4 260 224 50
Ventum P2 (Китай) 22.1 x 8.5 x 16.0 1.97 до 4 195 000 49
Philips SimplyGo (США) 29.2 x 25.4 x 15.2 3.8 до 4.5 273 616 43
DeVilbiss iGo (США) 49.0 x 31.2 x 18.0 7 до 5 342 000 40
Проведя анализ рынка устройств, можно сказать, что на рынке представлены только зарубежные производители кислородных концентраторов, которые либо обладают низкой мобильностью и автономностью, либо высокой стоимостью, аналогов Российского производства нет.
Поэтому необходимо создать кислородный концентратор из запчастей, которые можно приобрести в России. А также необходимо максимально уменьшить стоимость оборудования, увеличить мобильность и автономность устройства.
Принцип работы кислородного концентратора
В основе принципа работы кислородного концентратора лежит процесс адсорбции переменного давления, основанного на селективной адсорбции кислорода из воздушной смеси через цеолитные молекулярные сита [6]. Эффект разделения основан на различиях в силах связывания с абсорбирующим материалом. Высоколетучие компоненты с низкой полярностью,
такие как кислород, практически не поглощаются в отличие от таких молекул, как N2, СО, С02, углеводороды и водяной пар. Таким образом, эти примеси могут быть адсорбированы из кислородосодер-жащего потока и выделен кислород высокой концентрации [7].
На входе поток газовоздушной смеси сжимается компрессором 1 до давления адсорбции Рад и поступает в адсорбер 2а, который заполнен цеолитным адсорбентом. Азот адсорбируется адсорбентом под давлением Рад в течение промежутка времени от 0 до ^/2, и таким образом газовоздушная смесь окисляется. Процесс адсорбции осуществляется с выделением тепла, которое накапливается в адсорбенте и используется для его последующей регенерации.
У части кислородсодержащей газовоздушной смеси понижается давление через клапан 5 до давления десорбции Рдес, создаваемого вакуумным насосом 7, и направляется встречным потоком в адсорбер 2б для десорбции азота из адсорбента в течение интервала времени от ^/2 до Ц. В результате регенерация адсорбента осуществляется в адсорбере 2б. А при закрытии клапанов 3 а и 4б и открытии клапанов 3б и 4а происходит десорбция азота в адсорбере 2а и адсорбция азота в адсорбере 2б. При повороте клапанов в обратном положении цикл повторяется [8].
Рис. 2. Установка, основанная на процессе адсорбции переменного давления. Где: 1 компрессор; 2а, 2б - адсорберы; 3 а, 3б, 4а, 4б - клапаны; 5 - дроссель; 6а, 6б - обратные клапаны; 7 - вакуумный насос [8]
Рис. 3. График изменения давления от времени. Где: Рад - давление адсорбции; Р«эес - давление десорбции; 2а, 2б - адсорберы; Хц - время цикла [8]
Далее для равномерной подачи кислорода пациенту необходим резервуар для накопления кислорода и вентиль для регулировки подачи кислород. Обязательно
стоит предусмотреть датчик, анализирующий состав воздуха, чтобы убедиться, что подается насыщенная кислородом в требуемой концентрации воздушная смесь.
Исходящий поток азота
Блок молекулярной У
Блок регуляции давления
^ 1 Блок нагнетания Блок первичной
Система подачи кислорода
Информационная связь Вещественная связь
Рис. 4. Структурная схема разрабатываемого кислородного концентратора
На рисунке 4 поток входящего воздуха проходит через блок первичной фильтрации. Обычно он представлен фильтрами грубой очистки и тонкой очистки. Далее он попадает в блок нагнетания воздуха. Так как в ходе данного процесса воздух нагревается необходимо его охладить до температуры окружающей среды - это происходит в блоке регулировки температуры воздуха. Потом он идёт в распределительный блок, откуда попадает в блок молекулярной фильтрации. В нём происходит адсорбция азота, а воздушная смесь,
насыщенная кислородом, через распределительный блок (клапаны) отправляется в резервуар для хранения, где происходит дальнейшее накопление данной смеси. После посредством блока регуляции давления равномерно при это проходя через блок конечной фильтрации (так как возможно попадание в воздушную смесь цео-литовой пыли) направляется пациенту. Весь этот процесс осуществялется с помощью контролирующего блока управления посредством специальных алгоритмов на основе данных с датчиков давления в
адсорберах, датчика, анализирующего со- Заключение. Таким образом, в рамках
став воздуха и датчика расхода выходящей данной статьи была показана актуальность газовой смеси. Пациент также с помощью и новизна разработки портативного кисло-панели управления может изменять кон- родного концентратора в нашей стране. центрацию и скорость подачи воздушной Главной задачей данного проекта является газовой смеси, насыщенной кислородом. снижение стоимости, габаритов и веса, а
Данный прибор является очень пер- также увеличение автономности работы спективным. Мировой рынок медицинских аппарата от аккумулятора. Это достигается кислородных концентраторов был оценен путем оптимизации выбора компонентов в 1,75 млрд долл. США в 2018 году. Ожи- прибора, то есть подбора более простых и дается, что рынок будет расширяться с го- доступных по цене элементов, но при этом довым темпов роста в 7,4% в ближайшие 6 сохраняющих высокое качество для полет [5]. Исследования показали, что ки- требителя. Был проведен анализ рынка слородные концентраторы являются более портативных кислородных концентрато-экономичными, чем баллоны с газом. При ров, которые имеются в продаже в России этом общая экономия при использовании и обзор литературы в области устройств, кислородных концентраторов достигает до необходимых для проведения кислородной 75% от затрат на баллоны с газом [9]. Та- терапии. Был описан принцип работы и ким образом, разрабатываемый прибор требуемые параметры кислородного кон-должен помочь снизить стоимость устрой- центратора, а также разработана и описана ства, вес аппарата и увеличить время авто- структурная схема разрабатываемого при-номной работы от аккумулятора в отличии бора. от зарубежных аналогов.
2. Зарубина И.В. Современные представления о патогенезе гипоксии и ее фармакологической коррекции // Научные обзоры. - 2011. - №9. - С. 31-48.
3. Сердюкова А.Ф. Экологические проблемы мегаполисов / А.Ф. Сердюкова, Д.А. Барабанщиков // Молодой ученый. - 2018. - №25. - С. 36-39.
4. Зарембо И.А. Длительная кислородная терапия при хронической дыхательной недостаточности // Клиническая геронтология. - 2009. - №9. - С. 45-51.
6. Oxygen concentrators: evolution of inspired concentration of oxygen and repercussions in an anesthetized patient with CO2 absorber system / Moll J.R., Moll A.R, Guttman A. [and etc] // Revista Brasileira de Anestesiologia. - 2007. - №57. - P. 649-657.
8. Akulinin E. I. Optimization of energy-saving vacuum pressure swing adsorption unit // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2015 (Albena, Bulgaria June 2015). - Albena, 2015. - P. 1-7.
9. Bradley В. A retrospective analysis of oxygen concentrator maintenance needs and costs in a low-resource setting: experience from the Gambia / Bradley В., Peel D., Nyassi E. // Health and Technology. - 2015. - P. 1-11.
DEVELOPMENT OF A BLOCK DIAGRAM OF AN OXYGEN CONCENTRATOR
I.A. Apollonova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor E.A. Ivanov, Student
Bauman Moscow State Technical University (Russia, Moscow)
Abstract. The article showed the relevance and novelty of developing a portable oxygen concentrator. The analysis and comparison of various methods of oxygen delivery, the analysis of the market of portable oxygen concentrators, which are commercially available in Russia, and a review of the literature in the field of devices necessary for oxygen therapy. The principle of operation and the required parameters of the oxygen concentrator are described, and a block diagram of the device under development is developed and described.
Keywords: oxygen concentrator, hypoxia, adsorption, pressures, oxygen, nitrogen, air.
Украина обречена на технологический прорыв в производстве медицинского оборудования, считает команда волонтеров хакерспейсу HackLab. "Рубрика" узнала, почему, и чем именно важен кислородный концентратор
Анна Воробьёва
Пандемия коронавируса заставила всех нас меняться и приспосабливаться к новым реалиям. Это касается и технологического процесса в современной Украине, который сейчас может получить новое дыхание. Собственно, так считает глава киевского хакерспейса HackLab Артем Синицын. В своей мастерской инициативная команда делает кислородный концентратор, который может помочь с кислородом в регионах Украины и решить на месте проблему без обращений в центр.
Когда все началось и что стало спусковым крючком
Все началось с того, что один из участников хакерспейсу Александр Лебедев позвонил в начале пандемии и сказал, что хакерспейсу как комьюнити надо присоединиться к борьбе с коронавирусом. На тот момент никто не знал, как будет развиваться ситуация, и мы должны были взять инициативу.
Сначала была идея разработать ИВЛ, но после консультации с врачами мы поняли, что проблем гораздо больше, и проблема наличия аппаратов ИВЛ является только одной из них. Многие специалисты сходились на том, что главная проблема — в необходимости кислорода для кислородной терапии .
Спусковым крючком стал "пиковый" резонанс в нашем сообществе, возникший после того, как мы озвучили идею приобщиться хакерспейсом к медицинским проблемам. Мы общались с медицинским персоналом, разработчиками медицинского оборудования, ездили в отдел анестезиологии Института Рака и изучали потребности, которые есть на местах. Например из тех что мы услышали это: потребность в кислороде, в увлажнителях воздуха, есть проблемы с переходниками для аппаратов . Из этого перечня мы выбрали одну и начали над ней работать.
Что такое кислородная терапия в борьбе с Covid-19
Вирусная пневмония поражает легкие и человеку становится трудно дышать. Наименее инвазивная терапия при этом — подмешать к воздуху, которым дышит пациент, кислород, чтобы кровь легкими легче им насыщалась. Для этого просто ставится маска, туда подается концентрированный кислород. Маска не плотная, поэтому человек в этом состоянии имеет иметь возможность дышать сам. Если человек неделю пролежит с такой терапией, то может выздороветь. Конечно, если организм имеет возможность бороться с вирусом. Это называется кислородная терапия.
Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) — это последний рубеж, когда человек уже задыхается и не может дышать сам. Это — хирургическое вмешательство, интубация. Под избыточным давлением воздух, насыщенный кислородом подается напрямую через трубку. Это сложная операция, многие врачи говорят, что есть риски заражения и такого вмешательства стараются избегать и оставлять пациента на кислородной терапии сколько это возможно.
Кислород нужен в обоих случаях: и при терапии и при установлении ИВЛ. Главная проблема заключается в том, где его брать. На одного пациента надо в день примерно 1 баллон кислорода. В центральных больницах его производят централизованно на криогенной станции в большом количестве. В отдаленных регионах кислород возят машинами. Если пациентов будет 100, то ежедневно нужно столько же баллонов для кислородной терапии . Поэтому доставка кислорода — это большая логистическая проблема, решить такую проблему помогает кислородный концентратор.
Как он работает
Кислород уже есть в воздухе, но его концентрация составляет 21 процент. Остальное — азот. Идея этих устройств в том, чтобы "убрать" азот из воздуха с помощью процесса адсорбции на веществах, называемых цеолитами, оставив только кислород. На выходе таких устройств обычно получат 90-93 процентов кислорода.
Концентратор, по сравнению с кислородным баллоном имеет ряд преимуществ:
- все, что нужно для его работы это розетка
- работает 24/7
- не привязан к инфраструктуре криогенной станции
Идея проекта
В такие сжатые сроки трудно сделать устройство, которое будет сертифицировано и соответствовать всем требованиям и стандартам. Именно наше устройство используется в критических случаях: либо человека оставить без кислорода, или с нашим устройством.
Также в команде мы понимали, что мощностей нашего хакерспейсу недостаточно для организации полноценного производства. Поэтому мы решили идти по принципу Open Source — разработать открытую документацию на устройство и обеспечить распространение экспертизы повторения нашего проекта локальными группами инженеров или других мейкерских сообществ. Документация и конструкция максимально простые и доступные, поэтому при наличии всех комплектующих его можно собрать за день, если будет собирать один человек.
Проблемная часть этого процесса — поставка комплектующих и цеолита, который сложно достать. Производители цеолита поставляют до 200 кг, а на один аппарат надо примерно 2 кг. Помощь надо с поставкой цеолита, который мы сможем предоставить другим мейкерськимы сообществами, чтобы они могли делать это на местах. Мы планируем предоставлять менторскую помощь по процессу.
Что нужно знать любому мейкерскому сообществу для сборки кислородного концентратора
- изучить документацию и связаться с Hacklab — Kyiv Hackerspace
- 3D принтер и навыки 3D печати
- базовый столярный инструмент
- базовые навыки в пайке
- цеолит
Где брать средства на проекты
Инициатива полностью волонтерская, все участники, которые занимаются проектом, не получают финансового вознаграждения. Единственное, что мы получили — это грантовая помощь от международного фонда "Возрождение" в размере 50 тысяч гривен. Это касается покупки комплектующих материалов, а также люди отзывались и оказывали нам финансовую помощь, на что мы также покупали комплектующие.
Сколько людей в команде
Проект многослойный, однако есть главная часть, состоящая из 3-4 человек. Также к нам присоединяются на part-time волонтеры, которые занимаются конкретными маленькими задачами. Это помогает в разработке проекта. Можно сказать, что команда состоит из примерно полтора десятка человек.
Откуда приходит помощь
В основном через социальные сети — Фейсбук, сарафанное радио, у нас есть внутренний чат в хакерспейсы, где мы освещали и говорили, что нам нужна помощь и нам ее предоставляли. Люди, которые раньше не были в команде, стали во время пандемии активнее.
Covid-19 стал катализатором для технического прогресса в медицинском оборудовании
Волны коронавируса прогнозируют и осенью. Мы хотим собрать группу локальных комьюнити, которые будут иметь экспертизу собирать такие устройства, чтобы в случае критических нагрузок на медицинскую систему быстро активизироваться и поставлять кислородные концентраторы в больницы.
Также наша цель в этом проекте — наработка инженерной экспертизы в разработке медицинского оборудования. Сейчас очень мало делается в этом направлении, большинство аппаратов на рынке — это импортная техника. Поэтому надо использовать вызовы, которые сложились в связи с эпидемией как стимул к разработке собственных решений, как можно больше локализованных в Украине.
Самый хороший способ получения кислорода в домашней лаборатории: нам нужен будет перманганат калия и перекись водорода (низкопроцентный водный раствор перекиси водорода). В этом есть то преимущество, что процесс выделения кислорода протекает бурно при доведении ее до температуры около 70°С.
Способ получения кислорода №2
Кислород можно получать из перекиси водорода и без ее нагревания. Для этого воспользуемся катализатором, то есть веществом, ускоряющим химическую реакцию.
В качестве катализатора возьмем разведенный раствор хлорного железа. Мы уже применяли этот реактив при проявлении симпатических чернил. Напомню, что это соединение можно получить, растворив небольшое количество железных опилок в соляной кислоте и прокипятив раствор с небольшим количеством пер-гидрола, то есть 30-процентного раствора перекиси водорода.
В две пробирки или два аптечных пузырька, влей несколько миллилитров перекиси водорода, которую можно купить в аптеке. В одну из пробирок добавь 3 мл раствора хлорного железа. Сравни обе пробирки. Без труда можно заметить, что в той пробирке, где, кроме перекиси водорода есть еще хлорное железо, происходит бурное выделение пузырьков газа. С помощью тлеющей лучинки или спички можно легко убедиться, что это кислород.
Для того чтобы опыт прошел удачно, надо взять свежую перекись водорода. Под действием света перекись водорода быстро разлагается, а также теряет бактерицидные свойства (способность убивать бактерии). Советую вам хранить перекись водорода в темных пузырьках с тщательно подогнанной пробкой и не оставлять их на свету. При случае еще один совет: во всех опытах применяйте проверенные и, по возможности, свежие реактивы. Это позволит вам избежать многих разочарований и неудач.
Интересен метод получения кислорода путем электролиза воды. Впервые получили кислород путем электролиза воды два голландских химика, которые в 1789 году разложили воду на кислород и водород с помощью электростатической машины.
Способ получения кислорода №3
В 1800 году два английских экспериментатора взяли в качестве источника электрического тока батарею. В нашем опыте мы будем применять обычную электрическую батарейку 4,5 В. Кроме батарейки потребуются: плоский химический стакан или еще лучше — кристаллизатор (можно взять обычную глубокую тарелку), две пробирки, немного проволоки и небольшое количество нитрата калия, сульфата натрия N33804 или сульфата калия К28О4, гидроокиси натрия, серной или азотной кислоты.
В химический стакан влей около 200 мл воды и опусти в него две пробирки, наполненные доверху водой. В них мы будем собирать выделяющийся газ. Поскольку чистая вода слабо проводит электрический ток, процесс электролиза будет протекать очень медленно.
В связи с этим нужно растворить в воде небольшое количество сульфата натрия, нитрата калия или несколько капель соляной либо азотной кислоты. Сильные кислоты, щелочи и образовавшиеся из них соли, растворенные в воде, повышают ее проводимость и тем самым ускоряют процесс электролиза
К концам плоской батарейки прикрепи (лучше всего — припаяй) два куска изолированной трубкой проволоки длиной примерно по пятнадцать сантиметров Концы проволоки длиной около одного сантиметра очисть от изоляции. Опусти их в пробирки, наполненные водой. Вскоре на концах проволоки появятся пузырьки газа, а через несколько минут выделяющихся газ частично вытеснит воду из пробирок.
Вода разлагается на водород и кислород.
Легко убедиться, что в результате реакции образуется в два раза больше водорода, чем кислорода. Поскольку объем газа пропорционален количеству его молекул, объем полученного нами водорода должен быть в два раза боль ше объема кислорода.
Взглянем еще раз на пробирки, наполненные газом. В пробирке, к которой была подведена проволока, соединенная с отрицательным полюсом батарейки (длинная пластинка), соберется больше газа, чем в пробирке, куда опущена проволока, соединенная с положительным полюсом. На катоде (отрицательном электроде) выделяется водород, а на аноде (положительном электроде) — кислород.
Как определить присутствие кислорода ?
Присутствие кислорода можно легко определить с помощью тлеющей лучинки. Когда вторая пробирка будет наполнена водородом, вынь ее, держа вверх дном, и поднеси к горящей спиртовке. Газ сразу воспламенится и будет гореть голубым пламенем. Если газ смешан с воздухом, то горение будет сопровождаться небольшим взрывом. В связи с этим опыт надо проводить в защитных очках.
Предостерегаю вас также перед тем, чтобы собирать оба газа в одной пробирке При воспламенение такой смеси происходит сильный взрыв, от этого может лопнуть пробирка, и хорошо, если незадачливый экспериментатор отделается только легким испугом.
Мы познакомились уже со многими методами получения кислорода в лаборатории и убедились, что этот газ не имеет запаха. Если вы не обратили на это внимание, то получите немного кислорода, нагревая перекись водорода, и убедитесь, что кислород — газ без запаха.
Существует, однако, разновидность кислорода — озон. Это газ с сильным, резким запахом. Характерный запах озона можно почувствовать при концентрации 1 : 500 ООО. Озон образуется при атмосферных электрических разрядах в верхних слоях атмосферы. Озоном часто пахнет в лесу после грозы. Эта разновидность кислорода образуется также из воздуха при включении кварцевой лампы.
Попытаемся получить озон в домашней лаборатории
Это совсем не сложно: небольшое количество этого газа образуется при электролизе воды. Понюхай воздух, окружающий анод, на котором выделяется кислород. Ты сразу почувствуешь специфический, резкий запах озона. Этот газ впервые был обнаружен в 1785 году голландским физиком М. ван-Марумом, который заметил, что воздух после прохождения через сноп электрических искр приобретает сильный запах и способность окислять ртуть при комнатной температуре.
В 1840 году швейцарский химик X. Ф. Шенбейн подробно изучил свойства этого газа и назвал его озоном от греческого слова — окисляю.
точного горлышка. После такой подготовки можно браться за модель парусника. Корпус изготовьте из коры или древесины, а подставку из картона.
Читайте также: