Московские школьники придумали, как оценить работу легких

Измерить жизненную емкость легких, пульс и сатурацию в домашних условиях позволяет прибор, который создали старшеклассники московской школы №2065. В таком аппарате особенно нуждаются переболевшие ковидом, отметили врач ЦРБ и эксперт лаборатории возможностей человека МГПУ. С компактной разработкой школьников каждый сможет контролировать изменения в дыхательной системе не выходя из дома.

Пандемия подтолкнула в том числе и учеников московской школы №2065 обратить внимание на здоровье. С помощью тонометра, глюкометра и других приборов уже давно можно следить за самочувствием в домашних условиях, а благодаря разработке старшеклассников стало возможным и контролировать объем легких. Десятиклассники школы №2065 Александр Тимошенко, Вячеслав Примизенкин и Мансур Икрами вместе с руководителем проекта, кандидатом технических наук Виталием Лифаром стали решать эту проблему.

— Важное место в пульмонологии занимает текущее измерение показателей внешнего дыхания с целью контроля процесса газообмена между организмом и окружающей средой,— объясняет научный руководитель Виталий Лифар.— Основными звеньями этого процесса являются легочная вентиляция, обмен газов между воздухом в альвеолах и кровью, перенос газов кровью, обмен газов в тканях. В условиях, когда Всемирная организация здравоохранения объявила пандемию в связи с SARS-CoV-2, контроль состояния системы дыхания приобрел особое значение. Мы создали компактный прибор для условий домашнего использования, который основан на современных технологиях измерения и не требует специальных знаний. Информативность измерений обеспечивает первичную диагностику состояния системы в соответствии с принятыми ВОЗ нормативами.

Аналогичного медицинского оборудования пока на российском рынке нет. Есть стационарная техника, но ее сложно представить в квартирах: аппараты громоздки, дорого стоят и требуют профессиональных знаний. Можно вспомнить и про пульсоксиметр. Его как прищепку цепляют на палец, правда, он измеряет только сатурацию, то есть процент насыщения крови кислородом. Комплексная диагностика жизненной емкости легких и других параметров дыхания важна для оценки общего физического состояния человека, отметил научный сотрудник лаборатории возможностей человека Московского городского педагогического университета Александр Казаков: «Разработка подобных устройств является важным направлением научной деятельности. Экспресс-диагностика показателей легких актуальна и для здоровых людей, и для тех, кто недавно перенес вирусные заболевания. Также изобретение должно понравиться тренерам — оно позволит оценить нагрузку, которая подходит спортсмену без ущерба для здоровья».

Схема и состав прибора разработаны на основе газовых законов и основных физических соотношений (закон Менделеева–Клапейрона, полного давления при движении газов). Он состоит из дыхательной трубки с датчиком в герметичном корпусе, сменного мундштука, четырехпроводного шлейфа для подключения к микроконтроллеру. Часть деталей ребята напечатали на 3D-принтере на IT-полигоне в родной школе №2065. Кроме расчетов и конструирования десятиклассники написали программу на языке С++ для микроконтроллера. Когда человек дышит в трубку, аппарат фиксирует частоту дыхания, объем вдоха и выдоха, количество вдохов за минуту, а также жизненную емкость легких, сравнивает их с нормативами и выводит на экран показатели здоровья органов дыхания.

Сатурацию измеряет цифровой датчик насыщения крови кислородом и следит за динамикой этого показателя, что очень важно во время пандемии, а также для спортсменов, проводящих аэробные тренировки. Спирометр проверяет состояние легких и позволяет планировать нагрузки для лучших спортивных результатов. Кроме того, прибор автоматически измеряет объем углекислого газа в помещении. В случае достижения предельно допустимой концентрации в 1000–1500 ppm срабатывает зуммер и загорается светодиод, предупреждающий об опасности. Авторы проекта, ставшие призерами конференции «Инженеры будущего», считают, что использование устройства может быть актуально для многолюдных, плохо проветриваемых помещений.

Хирург ЦРБ из Юрьева-Польского Анастасия Григорьева считает, что домашний спирометр жизненно необходим. «То, что ребятам в голову пришла мысль создать такое устройство, радует. Значит, подростки понимают, что такое наука и в какой технике нуждается медицина. Оценка сатурации на дому — это важно. В период сезонных заболеваний контролировать уровень сатурации лучше амбулаторно, чем в поликлинике, где высокий риск заражения. И вообще, популяризация науки и импортозамещение — это хорошо»,— подчеркнула медик.

Отдельного внимания заслуживает датчик оценки углекислого газа, который контролирует такой простой показатель, как уровень углекислого газа в помещении, в гараже, в горах, может также пригодиться в частных домах, в поездках, во время экстремального отдыха.

В этом учебном году разработчики оборудования планируют довести прототип прибора до необходимого уровня эргономичности, дизайна и обеспечить наименьшую стоимость (около 4 тыс. руб.). Для этого нужно провести испытания с наибольшим количеством респондентов и собрать отклик на устройство и его функции.

Маргарита Тимофеева