DE102014107535A1

DE102014107535A1 - Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher sowie Verfahren zur, auch präventiven, Behebung von Atmungsstörungen

Info

Publication number: DE102014107535A1
Application number: DE102014107535.8A
Authority: DE
Inventors: Maik Riedl; Niels Wessel
Original assignee: Humboldt Universitaet zu Berlin
Current assignee: WESSEL, NIELS, DR., DE
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-03
Also published as: EP3148405A1; WO2015180707A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher (1) für die, auch präventive, Behebung von Atmungsstörungen mit einem Korpus (2), aufweisend eine in dem Korpus (2) angeordnete Sensoranordnung zur Messung der Herzrate / Pulsrate und weiterer physiologischer Größen, wie der Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, wenigstens einer in dem Korpus (2) integrierten Regeleinheit und wenigstens einem in dem Korpus (2) integrierten Aktor, mit dem ein akustischer Impuls (4) erzeugbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur, auch präventiven, Behebung von Atmungsstörungen mit einem mobilen akustischen Atmungsschrittmacher (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher, insbesondere für die präventive Behebung von schlafbezogenen Atmungsstörungen und ein darauf gerichtetes Verfahren.
Schlafbezogene Atmungsstörungen reichen von Schnarchen, über Schlafapnoen bis hin zu lebensbedrohlichen Atmungsaussetzern bei Neugeborenen oder Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen. Auch wenn die Schlafapnoen nicht lebensbedrohlich sind, wird ihr gehäuftes Auftreten als Risikofaktor für eine Reihe von Volkserkrankungen, wie z.B. Bluthochdruck und Diabetes, angesehen. Neben der gesundheitlichen Verschlechterung führen speziell Schnarchen und Schlafapnoen zu einer Verschlechterung der Lebensqualität der Betroffenen und ihrer Lebenspartner.
Die hohe Prävalenz, insbesondere von Schlafapnoen, und ihre ernsten Folgen sind Gründe für ein hohes Interesse der einzelnen Betroffenen und des allgemeinen Gesundheitssystems, diese Dysfunktionen zu vermeiden.
Die schlafbezogenen Atmungsstörungen äußern sich entweder in einer pathologischen Verlängerung des Atmungsintervalls, wie zentrale Apnoe und Atmungsaussetzer oder einer Verringerung des Muskeltonus der oberen Atemwege, was zu Schnarchen bzw. teilweiser oder vollständiger Obstruktion dieser führt.
Eine der Hauptursachen ist eine Dysfunktion der autonomen Atmungssteuerung. Der Atmungssteuerung kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu, da neben der autonomen Funktion eine Verbindung zu höheren Hirnregionen als dem Hirnstamm besteht, die eine bewusste Beeinflussung der Atmung zulässt.
Die Wirkung des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers nutzt diese Verbindung. Dabei wird mittels akustischer Reize gezielt über die Verbindungen zu höheren Hirnregionen das autonome Atmungszentrum beeinflusst und die genannten Dysfunktionen verhindert.
Der erzeugte akustische Reiz besteht aus einem pulsartigen Ton der vom erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher abgegeben wird. Die Pulsrate und Lautstärke des akustischen Reizes als Tonfolge werden dabei vom erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher voreinstellbar durch eine integrierte Regeleinheit variiert. Dabei wird durch eine individuelle Einstellbarkeit berücksichtigt, dass die Lautstärke einerseits nicht zu stark sein darf, sodass keine kortikale Weckreaktion, also ein Schlafphasenwechsel, ausgelöst wird und andererseits der akustische Reiz ausreicht, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Es wird in diesem Fall von einer akustischen Stimulation gesprochen.
Die Pulsrate ist an die metabolischen Bedürfnisse, wie z.B. einer ausreichenden Sauerstoffversorgung des Nutzers, individuell einstellbar und kann damit auch an sich ändernde Situationen angepasst werden. Die Vorhersage der Atmungsstörungsereignisse und die Abschätzung der metabolischen Bedürfnisse und der Schlafphase werden über physiologische Größen, wie z.B. Herzrate und Körpertemperatur, vorgenommen. Diese physiologischen Messwerte werden über Sensoren nichtinvasiv im Ohrbereiche aufgenommen und über eine Regeleinrichtung weiterverarbeitet, z.B. analysiert, prozessiert, gespeichert und über einen Signalerzeuger der akustische Reiz bereitgestellt.
Vorteil dieses gerätetechnischen Aufbaus ist die integrierte und leichte Bauweise aller erforderlichen Komponenten im erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher.
Damit ist der Träger des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers ähnlich unabhängig wie bei der Nutzung konventioneller Hörgeräte, die sich auf die Verstärkung von akustischen Signalen beschränken.
Der Tragekomfort durch die Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen und die Möglichkeiten der autarken Energieversorgung ist erheblich.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Verhinderung von Sauerstoffmangelschäden und zur Behebung von Atmungsstörungen, wie z.B. aus der DE 36 04 986 A1 , bekannt, die überwachend arbeiten, allerdings erst bei Störungen, angezeigt durch den sogenannten Chemoreflexes, reagieren und deren Behebungserfordernis aktiviert werden und einen Atemweckreiz auslösen. Damit sind sie für einen präventiven Einsatz ungeeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher und ein darauf gerichtetes Verfahren anzugeben, mit dem eine präventive Behebung von Atmungsstörungen ermöglicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der eine Prävention von Atmungsstörungen vor deren Eintritt ermöglicht und damit die Mängel des bekannten Standes der Technik beseitigt. Dabei soll eine Herbeiführung einer Rhythmusänderung der Atmung eine Koordination des Rhythmus von Herz und Atmung verhindern, welche mit der Entstehung von Sequenzen von Apnoen/Hypopnoen korreliert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, bei dem eine aktive Beeinflussung der Atmungsfrequenz eine fortlaufende Atmung gewährleistet, sodass die Atmung nicht geweckt werden muss.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der Tragekomfort und eine kompakte Bauweise vereint. Wobei die benötigte Leistungsaufnahme durch aufladbare Batterien und/oder Thermogeneratoren gedeckt wird und damit keine externe Versorgung über Leitungen oder Kabelverbindungen nötig ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher bereitzustellen, der einen akustischen Impuls direkt im Gehörgang appliziert und dabei so leise ist, dass nur der Nutzer diesen wahrnimmt und der ggf. neben dem Nutzer liegende Partner in seinem Schlaf nicht gestört wird.
Dabei wird der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher vorzugsweise hinter dem Ohr bzw. im Ohreingang platziert, womit die Bewegungsfreiheit und ein hoher Tragekomfort gewährleistet sind, welche beide maßgeblich zum ungestörten Schlaf dazugehören.
Der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher ermöglicht eine Prävention von Atmungsstörungen durch akustische Stimulation. Dabei werden durch eine gezielte Beeinflussung des Atmungsrhythmus die Sequenzen von Apnoen und Hypopnoen verhindert.
Eine wichtige und wesentliche Maßgabe bei dieser Herangehensweise ist, dass der mobile akustische Atmungsschrittmacher mit seiner Stimulation keine Weckreaktion, d.h. die induzierte Einleitung einer Wachphase, auslöst, da man diese, durch die Apnoen herbeigeführt, im erfinderischen Verfahren gerade verhindern will.
Die Ablösung der apnoebedingten Arousals durch extern ausgelöste Arousals, bei bestehenden Verfahren, führt trotz der Verbesserung der Sauerstoffversorgung zu keiner Verbesserung der gefährlichen Schlaffragmentierung.
Neben der Unterversorgung mit Sauerstoff zählt die Fragmentierung des Schlafs durch die apnoebedingten Arousals zu den wesentlichen Faktoren für Folgeerkrankungen. Diese Fragmentierung wird durch den Einsatz des erfinderischen mobilen akustischen Atmungsschrittmachers vermieden, da dieser eben gerade diesen Weckreiz nicht auslöst.
Der erfinderische mobile akustische Atmungsschrittmacher beeinflusst den Atmungsrhythmus ohne den Patienten zu wecken und kann damit nicht nur die Apnoen/Hypopnoen verhindern sondern auch gleichzeitig die Qualität des Schlafes verbessern.
Diese Aufgaben werden gelöst durch einen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher gemäß der Merkmalskombination gemäß Hauptanspruch.
Der mobile akustische Atmungsschrittmacher für die, auch präventive, Behebung von Atmungsstörungen mit einem Korpus weist eine in dem Korpus angeordnete Sensoranordnung zur Messung der Herzrate / Pulsrate und weiterer physiologischer Größen, wie der Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, wenigstens einer in dem Korpus integrierten Regeleinheit und wenigstens einem in dem Korpus integrierten Aktor, mit dem ein akustischer Impuls erzeugbar ist, auf.
Der Korpus ist hinter dem Ohr oder im Ohreingang platzierbar und der akustische Impuls direkt im Gehörgang applizierbar ist.
Die Sensoranordnung ist derart ausgebildet ist, dass eine nichtinvasive, kontinuierliche Messung, bevorzugt im Ohr, durchführbar ist.
Der akustische Impuls ist ein akustischer Reiz, wobei dieser ein pulsartiger Ton ist.
Die Sensoranordnung umfasst genau einen Sensor.
Der Korpus ist antiallergisch und flexibel ausgebildet.
Das Material des Korpus ist Silikon, Photopolymer und/oder Neutacryl ist.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch.
Das Verfahren zur, auch präventiven, Behebung von Atmungsstörungen mit einem erfindungsgemäßen mobilen akustischen Atmungsschrittmacher umfasst die folgenden Schritte:

– kontinuierliche Messung der Herzrate, Pulsrate und/oder weiterer physiologischer Größen, wie Atmungszyklus und/oder Körpertemperatur;
– Anpassung von Schwellwertgrößen, durch eine Korrelation der einzelnen Messkurven der physiologischen Größen, wobei die Schwellwertgrößen in Relation zu einer respiratorischen Dysfunktion bzw. Schlafphase stehen;
– Ein- und/oder Abschalten eines akustischen Impulses bei Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwertgrößen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigen:
1 eine erfinderische Vorrichtung, die außen am Ohr getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs,
2 eine erfinderische Vorrichtung, die in der Ohrmuschel getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs und
3 beispielhaft den akustischen Stimulus eines schlafenden Probanden in liegender Position mit den korrelierenden Messkurven.
1 zeigt eine erfinderische Vorrichtung, die außen am Ohr getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs.
In 2 ist eine erfinderische Vorrichtung, die in der Ohrmuschel getragen wird, mit einer Verbindung zum Inneren des Ohrs dargestellt.
In 3 wird die Korrelation eines akustischen Stimulus (4) (oben: akustische Stimulation – an/aus), bei einem schlafenden Probanden in liegender Position, mit der Messkurve der mittleren Dauer des Atmungszyklusses (5) (mitte) und der Messkurve der Herzschlagintervalle (6) (unten) gezeigt.
Die Pfeile (7) markieren den jeweiligen Beginn von akustischer Stimulation. Die Pfeile (8) kennzeichnen den Abfall der Länge der Atmungszyklen infolge akustischer Stimulation.
Bezugszeichenliste

1: mobiler akustischer Atmungsschrittmacher
2: flexibler Korpus
3: Ohr
4: akustischer Stimulus
5: Messkurve der mittleren Dauer des Atmungszyklusses
6: Messkurve der Herzschlagintervalle
7: Start der akustischen Stimulation
8: Reaktion der Atmungszykluslänge auf den Stimulus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3604986 A1 [0012]

Claims

Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) für die, auch präventive, Behebung von Atmungsstörungen mit einem Korpus (2) aufweisend: – eine in dem Korpus (2) angeordnete Sensoranordnung zur Messung der Herzrate / Pulsrate und weiterer physiologischer Größen, wie der Körpertemperatur und/oder Atmungszykluslänge, – wenigstens einer in dem Korpus (2) integrierten Regeleinheit und – wenigstens einem in dem Korpus (2) integrierten Aktor, mit dem ein akustischer Impuls (4) erzeugbar ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (2) hinter dem Ohr (3) oder im Ohreingang platzierbar und der akustische Impuls (4) direkt im Gehörgang applizierbar ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung derart ausgebildet ist, dass eine nichtinvasive, kontinuierliche Messung, bevorzugt im Ohr (3), durchführbar ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Impuls ein akustischer Reiz ist, wobei dieser ein pulsartiger Ton ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung genau einen Sensor umfasst.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (2) antiallergisch und flexibel ausgebildet ist.
Mobiler akustischer Atmungsschrittmacher (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Korpus (2) Silikon, Photopolymer und/oder Neutacryl ist.
Verfahren zur, auch präventiven, Behebung von Atmungsstörungen mit einem mobilen akustischen Atmungsschrittmacher (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – kontinuierliche Messung der Herzrate, Pulsrate und/oder weiterer physiologischer Größen, wie Atmungszyklus und/oder Körpertemperatur; – Anpassung von Schwellwertgrößen, durch eine Korrelation der einzelnen Messkurven der physiologischen Größen, wobei die Schwellwertgrößen in Relation zu einer respiratorischen Dysfunktion bzw. Schlafphase stehen; – Ein- und/oder Abschalten eines akustischen Impulses bei Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwertgrößen.