ES2241333T3 - Dispositivo para entrenamiento de los musculos inspiratorios con carga variable. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios que comprende una cámara (29) con una apertura (27) para el paso del aire que se va a inhalar y exhalar, una entrada que permite que el aire que se va a inhalar entre en la cámara y pase hacia la apertura, una válvula de escape de una vía que permite que el aire exhalado entre a través de la apertura para salir de la cámara y un medio (1; 103) para oponer resistencia a la entrada de aire que se va a inhalar a la cámara, caracterizado porque incluye un medio (3, 7, 9; 113, 115) para variar progresivamente el grado de resistencia dependiendo del volumen que ha pasado a través de la entrada.

Description

Dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios con carga variable.

Esta invención se refiere a un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios con carga variable.

El documento FR-A-2 379 291 revela un dispositivo para entrenamiento de los músculos espiratorios que está adaptado de tal manera que cuando se exhala un volumen suficiente de aire a una presión predeterminada, se abre un primer grupo de aperturas y de tal manera que, en exhalaciones adicionales, se cierra el primer grupo de aperturas y se abre un segundo grupo de aperturas para permitir la exhalación a una presión predeterminada inferior.

Los dispositivos para el entrenamiento de los músculos inspiratorios son muy conocidos, por ejemplo de la Memoria descriptiva de la patente UK nº 2 278 545 y la patente estadounidense nº 4 854 574. Estos dispositivos conocidos incorporan cada uno una cámara con una apertura en forma de boquilla para el paso del aire que se va a inhalar y exhalar, una entrada que permite que el aire que se va a inhalar entre en la cámara y pase hacia la apertura, una válvula de escape de una vía que permite que el aire exhalado entre a través de la apertura para salir de la cámara, y una válvula para oponer resistencia a la entrada de aire que se va a inhalar a la cámara, cuya válvula está diseñada para abrirse a una presión umbral constante. Aunque el usuario puede variar la presión umbral de inspiración a inspiración o de sesión a sesión, los dispositivos conocidos presentan eficazmente una carga de inspiración constante preseleccionada. Es decir, la carga es constante en el sentido que es independiente del flujo y no varía con el tiempo o con el volumen pulmonar.

Las características mecánicas de los músculos inspiratorios determinan que varíe su resistencia según el grado al que se llenan los pulmones. Por consiguiente, hemos admitido la importancia de una carga que varíe durante la inspiración según el volumen pulmonar.

Es, por tanto, un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios que presente una resistencia a la inspiración que varía según el volumen pulmonar.

Según la presente invención se proporciona un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios con carga variable, que comprende una cámara con una apertura para el paso del aire que se va a inhalar y exhalar, una entrada que permite que el aire que se va a inhalar entre en la cámara y pase hacia la apertura, y una válvula de escape de una vía que permite que el aire exhalado entre a través de la apertura para salir de la cámara, en el que se proporciona un medio que opone resistencia a la entrada del aire que se va a inhalar a la cámara y que incluye un medio para variar progresivamente el grado de resistencia dependiendo del volumen de aire que haya pasado a través de la entrada.

La resistencia puede disminuir a medida que aumente el volumen de aire que ha pasado a través de la entrada.

El medio para oponer resistencia a la entrada de aire a la cámara puede comprender una válvula dispuesta en la apertura, estando impulsada la válvula por un medio de derivación a una posición cerrada de tal manera que la diferencia de presiones a través de la válvula necesaria para abrir la misma varíe dependiendo del volumen de aire que ha pasado a través de la válvula para un ciclo inspiratorio dado.

Se pueden proporcionar un medio para variar la diferencia inicial de presiones necesaria para abrir la válvula.

El medio para variar la diferencia de presiones dependiendo del volumen de aire que ha pasado a través de la válvula puede comprender una palanca que funcione entre el medio de derivación y la válvula, presentando la palanca un fulcro móvil. El fulcro puede ser móvil con relación al volumen de aire que ha pasado a través de la válvula. Inicialmente, el movimiento del fulcro puede ser relativamente lento, aumentando con el volumen de aire que ha pasado a través de la válvula. El fulcro puede ser móvil por medio de un diafragma, estando la cantidad de movimiento del diafragma en relación con el volumen de aire que haya pasado a través de la válvula.

La primera válvula mencionada puede estar unida mecánicamente a una válvula adicional que deja pasar el aire a una velocidad de flujo proporcional a la velocidad de flujo del aire a través de la primera válvula mencionada. El aire que pasa a través de la válvula adicional se puede emplear directa o indirectamente para mover el diafragma.

Alternativamente, el medio para variar la diferencia de presiones dependiendo del volumen de aire que ha pasado a través de la válvula puede comprender un medio de leva. El medio de leva se puede mover mediante un impulsor rotatorio colocado en la trayectoria del aire que entra en la cámara.

Se puede proporcionar un medio para variar la velocidad a la cual cambia la diferencia de presiones necesaria para abrir la válvula, por ejemplo variando la proporción de aire que fluye a través de la válvula adicional en relación con el volumen de aire que fluye a través de la primera válvula mencionada.

Para una mejor comprensión de la presente invención y para mostrar más claramente cómo se puede llevar a cabo, ahora se hará referencia, a título de ejemplo, a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 es una representación esquemática de parte de un modo de realización de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención;

la Figura 2 es una vista en perspectiva y esquemática de otro modo de realización de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención;

la Figura 3 es una vista en perspectiva y esquemática adicional del dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios mostrado en la Figura 2;

la Figura 4 es una vista en perspectiva y en sección de otro modo de realización adicional de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención; y

la Figura 5 es una ilustración esquemática del modo de funcionamiento de un modo de realización adicional de parte de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención.

En los dibujos y la descripción se usan los mismos números de referencia para indicar los mismos componentes o similares.

La Figura 1 muestra esquemáticamente un modo de realización de aquella parte de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios que aplica una carga variable a los músculos inspiratorios del usuario. La Figura 1 muestra un miembro de válvula primaria 1 que se deriva hacia una posición cerrada mediante un muelle de compresión 3. La válvula primaria se abre a una presión umbral variable predeterminada como resultado de la inspiración del usuario, como se explicará más detalladamente a continuación.

La presión umbral inicial a la cual el miembro de válvula 1 se abre está determinada por un miembro de ajuste roscado 5 para aumentar o disminuir la fuerza de cierre y, por lo tanto, la presión a la cual el miembro de válvula 1 se abre, cuanto mayor sea el grado de compresión del muelle 3, mayor será la presión umbral inicial.

El muelle 3 actúa sobre el miembro de válvula 1 por medio de una palanca 7 que es pivotable alrededor de un fulcro 9. Se proporciona el fulcro 9 sobre una varilla 11 que es movible en la dirección longitudinal de la palanca 7, para variar así la localización del fulcro 9 a lo largo de la palanca. Así, cuando el fulcro está en una posición relativamente próxima al miembro de válvula 1 (por ejemplo, generalmente a medio camino a lo largo de la palanca 7 al comienzo de la inspiración) la ventaja mecánica es tal que el muelle de compresión 3 provoca que la presión umbral a la cual se abre la válvula sea relativamente alta y cuando el fulcro está en una posición relativamente próxima al muelle de compresión 3 la ventaja mecánica es tal que el muelle de compresión provoca que la presión umbral a la cual la válvula se abre sea relativamente baja o incluso sustancialmente cero, variando la presión umbral según la localización del fulcro 9 intermedio a estas posiciones.

La varilla 11 está conectada a un diafragma 13 situado en una cámara evacuable 15. La cámara 15 está provista también de una válvula de escape de una vía 17 que permite que el diafragma se comprima (por medios no mostrados) en la cámara 15 antes de que el usuario tome aliento y que el aire sea expulsado de la cámara a través de la válvula 17. Por lo tanto, en la cámara 15 se crea un vacío parcial inicial.

El medio de derivación 19, tal como un muelle de torsión, actúa sobre la varilla 11 para derivar la misma en una dirección tal que el fulcro esté en una posición relativamente próxima al muelle de compresión 3 y la ventaja mecánica es tal que el muelle de compresión 3 provoca que la presión umbral a la cual el miembro de válvula 1 se abre sea relativamente baja.

El medio de derivación 19 solo no puede provocar que la varilla 11 se mueva contra el vacío parcial de la cámara 15. La cámara 15 está provista adicionalmente de una válvula secundaria 21, cuya área de apertura es ajustable por medio de un miembro de ajuste roscado 23. La válvula secundaria 21 está unida mecánicamente (mostrado esquemáticamente en 25) al miembro de válvula primaria 1 de manera que el aire se deja fluir a través de la válvula secundaria y en la cámara 15 a una velocidad que es proporcional al flujo de aire que ha pasado por el miembro de válvula 1. Adicionalmente, la fuerza de cierre de la válvula secundaria 21 varía según la fuerza de cierre del miembro de válvula primaria 1. Además, el volumen de aire que pasa a través de la válvula secundaria 21 se puede variar como una proporción del volumen de aire que pasa por el miembro de válvula primaria 1, por ejemplo proporcionando una multitud de aperturas en un miembro fijo y en un miembro móvil, de manera que se puede variar el grado de solapamiento de las aperturas en los dos miembros, tal como por rotación relativa.

El flujo de aire en la cámara 15 reduce el efecto del vacío parcial y permite que el diafragma 13 se mueva y consecuentemente permite que el miembro de derivación 19 mueva la varilla 11, y por lo tanto el diafragma, para restaurar el vacío parcial y consecuentemente mover el fulcro 9 más cerca del muelle de compresión 3. El efecto de esto es reducir la presión umbral a la cual el miembro de válvula primaria 1 se abre desde un valor inicial a un valor progresivamente inferior en función del volumen de aire que pasa a través del miembro de válvula.

Debería observarse que el miembro de ajuste 5 se puede usar para ajustar la presión umbral inicial a la cual se abre el miembro de válvula primaria, mientras que el miembro de ajuste 23 se puede usar para ajustar la velocidad a la cual se mueve el fulcro, y, de este modo, la velocidad a la que se reduce la presión umbral, en respuesta al paso de un volumen predeterminado de aire a través de la válvula primaria (es decir, variando la velocidad de flujo a través de la válvula secundaria en relación con la velocidad de flujo a través de la válvula primaria).

El modo de realización mostrado en las Figuras 2 y 3 tiene una boquilla 27 para sacar el aire a través del miembro de válvula primaria (no mostrado) en una cámara de válvula 29, accionándose el miembro de válvula por medio de un vástago de válvula 31 (Figura 2). El vástago de válvula se monta de forma pivotante sobre la palanca 7 y se conecta adicionalmente a una válvula secundaria provista de una cámara de válvula 33. La cámara de válvula 33 comunica con el interior de la cámara del diafragma 15 por medio de un conducto 34 para permitir que el aire fluya desde la válvula secundaria a la cámara del diafragma. El muelle de compresión actúa también sobre la palanca 7 por medio de una clavija o similar 35 montada de forma pivotante (Figura 2), mostrándose parte del miembro de ajuste roscado 5 en la Figura 3.

La varilla 11 se muestra en la Figura 2 y se extiende fuera de la cámara 15 por medio de un sello que no se muestra en detalle y el extremo libre de la varilla actúa sobre una clavija pivote 37 por medio de un par de palancas paralelas 41. La clavija pivote 37 forma el fulcro bien directamente o por medio de un rodillo colocado sobre la clavija pivote 37 y se engrana contra una superficie contorneada 39 formada sobre la palanca 7. La clavija pivote 37 está montada hacia el extremo del par de palancas paralelas 41 que están montadas de forma pivotante en sus otros extremos (no mostrado) para recibir el extremo libre del rodillo 11. En la Figura 3 se muestra el medio de derivación 19 en forma de un muelle de torsión, estando colocado el muelle de torsión convenientemente alrededor de un orificio de escape de la cámara del diafragma.

Así, según entra el aire a la cámara del diafragma desde la válvula secundaria, la varilla 11 (que en el modo de realización de las Figuras 2 y 3 pasa a través de la pared de la cámara del diafragma y por lo tanto funciona en sentido opuesto al mostrado en la Figura 1) se acciona para moverse hacia la derecha como se muestra en la Figura 3 y mueve el fulcro progresivamente hacia el punto en el que el muelle de compresión actúa sobre la palanca 7, reduciendo con ello la presión umbral a la cual se abre la válvula primaria.

Como alternativa, para dirigir el movimiento del fulcro por medio de una varilla, el fulcro podría estar montado sobre una palanca que rotase alrededor de un centro remoto.

La manera en la que varía la presión de apertura de la válvula primaria está influida adicionalmente por el contorno proporcionado sobre la palanca 7, un contorno que determina el grado de compresión del muelle de una manera que se pueda variar según las necesidades, como entenderá fácilmente una persona experta.

Es necesario reajustar la posición del diafragma y de la varilla 11 cada vez que el usuario exhala, de manera que se restaure la presión umbral inicial para la válvula primaria. Esto se consigue proporcionando un canal 43 en el que se dispone una válvula de una vía, abriéndose la válvula cuando el usuario exhala para permitir que salga el aire exhalado.

Como se explicará con más detalle a continuación, el aire exhalado se usa para reajustar el diafragma y para impulsar la varilla 11 hacia la izquierda como se muestra en la Figura 2 y para restaurar el vacío parcial en la cámara expeliendo el aire a través de la válvula de escape de una vía.

El modo de realización mostrado en la Figura 4 difiere de aquel mostrado en las Figuras 2 y 3 en que el orificio de escape para la cámara del diafragma 15 está en el lado opuesto de la cámara. La Figura 4 muestra con más detalle una serie de aspectos del dispositivo según la invención. Como se muestra en la Figura 4, la cámara del diafragma 15 forma parte de un chasis 45 para el montaje de los componentes restantes del dispositivo, recibiéndose el miembro de ajuste 5, por ejemplo, en el chasis de manera que permita la aplicación de una presión variable sobre la parte inferior (como se muestra en la Figura 4) de la palanca 7, mostrando una flecha la localización real de un miembro de pivote 35 unido a un manguito 47 por el muelle 3. El vástago de válvula 31, la palanca 7 y los componentes para el ajuste del fulcro se ocultan durante su uso mediante una cubierta 49.

La Figura 4 muestra más claramente cómo se puede reajustar el diafragma 13. El aire exhalado pasa a través de la válvula de una vía 51 hacia el canal 43 y se encuentra con un deflector 53 que está montado de manera deslizante sobre las clavijas 55 provistas sobre un soporte 57 por el diafragma. Inicialmente, el deflector 53 está encajado relativamente cerca de las paredes de un miembro de cierre 59 y por lo tanto está impulsado por el aire exhalado hacia el diafragma 13 y, en cambio, impulsa el diafragma y la varilla 11 hacia la izquierda, como se muestra en la Figura 4. Este movimiento del diafragma comprime el aire en la cámara 15 e impulsa al mismo a través de la válvula de escape de una vía 17 de manera que se recupera el vacío parcial dentro de la cámara. El movimiento adicional del deflector 53 deja al descubierto aperturas en el miembro de cierre 59 que permiten que el aire exhalado se escape a la atmósfera.

La Figura 5 es una ilustración parcial que muestra el modo de funcionamiento de un modo de realización adicional de un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención. Como se muestra en la Figura 5, se coloca un impulsor de paletas 101 en una entrada (no mostrada) del dispositivo de manera que el grado de rotación del impulsor depende del volumen de aire que pasa a través de una válvula 103 corriente abajo.

La rotación del impulsor 101 se transmite a través de un piñón reductor que incluye, por ejemplo, un piñón de tornillo sin fin 105 y piñones dentados 107, 109. La transmisión del piñón reductor se realiza por medio de eje rotatorio 111 que gira una leva de disco con ranura 113 en relación con una leva de disco con ranura 115 no rotatoria adicional. La leva de disco con ranura 115 se acciona con respecto a la leva de disco con ranura 113 por medio de un muelle helicoidal 117 o similar, mientras que el medio de accionamiento, tal como el muelle helicoidal 119, actúa entre la leva de disco con ranura 115 y un mecanismo de palanca pivotante 121 para determinar una presión umbral a la que la válvula 103 se abre dependiendo del grado de rotación de las levas 113, 115.

La presión umbral inicial se puede ajustar como se indica mediante flechas, moviendo un punto de fulcro 123 alrededor del cual pivota el mecanismo de palanca 121.

El impulsor 101 está dispuesto de manera que una proporción variable del aire que pasa a través de la válvula 103 evita la entrada en el impulsor y, por lo tanto, no aumenta su rotación. La cantidad de aire que evita la entrada en el impulsor se puede ajustar para cada usuario mediante experimentos simples de manera que la leva 113 rota sustancialmente 360 grados por cada ciclo inspiratorio (inhalación).

El dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención permite un uso ambulante. Es decir, permite al usuario usar el dispositivo mientras realiza ejercicio.

Para atletas, esto posibilita al usuario tomar ventaja del principio de "especificidad de entrenamiento" según el cual, cuanto más fielmente una situación de entrenamiento reproduzca la situación de competición mayor será la mejora en el rendimiento.

Así, el dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención impone una carga que varía según el volumen pulmonar y, por lo tanto la resistencia muscular, para proporcionar una resistencia que es una fracción constante de la resistencia máxima durante la inspiración.

El dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la presente invención también tiene aplicaciones médicas. La capacidad de controlar el perfil de presión variable/carga de volumen conseguido con el descenso de la presión variable y la presión de apertura inicial es más apropiado para pacientes con enfermedades pulmonares que los dispositivos umbrales actuales. Esto se debe principalmente al hecho de que la carga fijada no es solidaria con la naturaleza compleja y diversa de los patrones de respiración observados en tales pacientes.

Debería observarse también que el dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios no está restringido a su uso en humanos y se puede usar para el entrenamiento de los músculos inspiratorios de otros animales, particularmente caballos y perros.

Claims (14)

1. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios que comprende una cámara (29) con una apertura (27) para el paso del aire que se va a inhalar y exhalar, una entrada que permite que el aire que se va a inhalar entre en la cámara y pase hacia la apertura, una válvula de escape de una vía que permite que el aire exhalado entre a través de la apertura para salir de la cámara y un medio (1; 103) para oponer resistencia a la entrada de aire que se va a inhalar a la cámara, caracterizado porque incluye un medio (3, 7, 9; 113, 115) para variar progresivamente el grado de resistencia dependiendo del volumen que ha pasado a través de la entrada.

2. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 1, caracterizado porque la resistencia disminuye a medida que aumenta el volumen de aire que ha pasado a través de la entrada.

3. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el medio para oponer resistencia a la entrada de aire a la cámara comprende una válvula (1; 103) dispuesta en la apertura, estando impulsada la válvula por un medio de derivación (3; 119) a una posición cerrada, de tal manera que la diferencia de presiones a través de la válvula necesaria para abrir la misma varía dependiendo del volumen de aire que ha pasado a través de la válvula para un ciclo inspiratorio dado.

4. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 3, caracterizado porque se proporciona el medio (5; 123) para variar la diferencia de presiones inicial necesaria para abrir la válvula (1; 103).

5. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque el medio para variar la diferencia de presiones dependiendo del volumen de aire que ha pasado a través de la válvula comprende una palanca (7) que funciona entre el medio de derivación (3) y la válvula (1), presentando la palanca un fulcro móvil (9).

6. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 5, caracterizado porque el fulcro (9) es movible en relación con el volumen de aire que ha pasado a través de la válvula (1).

7. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque inicialmente, el movimiento del fulcro (9) es relativamente lento, aumentando con el volumen de aire que ha pasado a través de la válvula (1).

8. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 5, 6 o 7, caracterizado porque el fulcro (9) se mueve por medio de un diafragma (13), estando la cantidad de movimiento del diafragma en relación con el volumen de aire que ha pasado a través de la válvula (1).

9. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera válvula mencionada (1) está unida mecánicamente a una válvula adicional (21) que deja pasar el aire a una velocidad de flujo proporcional a la velocidad de flujo del aire a través de la primera válvula mencionada.

10. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 9, cuando depende de la reivindicación 8, caracterizado porque el aire que pasa a través de la válvula adicional (21) se emplea directa o indirectamente para mover el diafragma (13).

11. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque el medio para variar la diferencia de presiones dependiendo del volumen que ha pasado a través de la válvula comprende un medio de levas (113, 115).

12. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 11, caracterizado porque el medio de levas (113, 115) es movible mediante un impulsor rotatorio (101) colocado en la trayectoria del aire que entra en la cámara.

13. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizado porque se proporciona el medio para variar la velocidad a la que cambia la diferencia de presiones necesaria para abrir la válvula.

14. Un dispositivo para entrenamiento de los músculos inspiratorios según la reivindicación 13, caracterizado porque la velocidad a la que cambia la diferencia de presiones se varía variando la proporción de aire que fluye a través de la válvula adicional (21) con relación al volumen de aire que fluye a través de la primera válvula (1) mencionada.