DE19543408A1 - Vorrichtung zur Atmungshilfe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Apparatur zur Atmungshilfe.

Die aktuellen Techniken der Atemhilfe sind vielfältig und variieren entsprechend den Bedürfnissen des Patienten. In einigen Fällen atmet der Patient in etwa normal und hat nur den Bedarf, mit Sauerstoff angerei­ cherte Luft zu atmen. Die Apparatur kann dann eine "Atembrille" ent­ halten, das bedeutet eine Vorrichtung in der Form eines Brillengestelles, an welchem kleine Röhrchen befestigt sind, die im Inneren der Nasenlö­ cher münden und mit einer Sauerstoffquelle, welche kontinuierlich för­ dert, verbunden sind. Dieser Sauerstoff mischt sich mit der eingeatmeten Luft in der Nase. Es handelt sich um eine einfache und nicht sehr teure Apparatur, welche relativ einfach zu tragen ist.

In anderen Fällen kommt man überein, eine Unterstützung des muskulä­ ren Systems anzuwenden, die die Atmung steuert. Die Apparatur kann dann eine Maske enthalten, die mit einer Druckluftquelle mit einem relativen Druck der Ordnung von 25 mbar im Maximum verbunden ist. Diese Quelle ist mit einem Ventil ausgestattet, welches den Eingang der Druckluft in das Lungensystem des Patienten während der Einatemphase steuert. Während der Ausatemphase verbindet ein anderes Ventil das Lungensystem mit der Atmosphäre. Das Ventil zur Druckluft ist dann geschlossen. Wenn das muskuläre System, welches insgesamt nicht aus­ reichend ist, währenddessen aktiv ist, fühlen Meßfühler die Ein- und Ausatemphasen und steuern dementsprechend die Ventile. Wenn das muskuläre System zeitweise oder endgültig bewegungslos ist, treibt ein Steuerungsorgan die Ventile in einem, durch den Mediziner festgelegten Rhythmus an. Wenn zu der muskulären Insuffizienz eine Sauerstoffanlage­ rungsinsuffizienz hinzukommt, kann man eine Vorrichtung zur Mischung des Sauerstoffes zur komprimierten Luft während mindestens eines Teiles der Einatemphase vorsehen.

Manchmal ist es notwendig, im Verlauf eines Prozesses der Atemhilfe selbst während der Ausatemphase einen gewissen Überdruck in dem Inneren des Lungensystems aufrecht zu erhalten, damit die Lungenalveo­ len in einem Zustand der größten Öffnung verbleiben. Die Luft, welche die Lungen des Patienten zur Zeit der Ausatmung verläßt, muß dann z. B. in einen umschlossenen Raum geschickt werden, der unter vorher erwähntem Druck, bezeichnet mit "positivem Ausatmungsdruck" (pression expiratoire positive), abgekürzt P.E.P., gehalten wird.

Seit einigen Jahren neigt man dazu, die Pflege zuhause gegenüber den Behandlungen im Krankenhaus zu bevorzugen, sofern dieses möglich ist, und viele Atmungsinsuffizienzen können auf diese Art gepflegt werden. Es existiert daher ein wachsender Bedarf an autonomen Apparaturen, leicht und wenig sperrig zum Liefern des Sauerstoffes und/oder der Druckluft zum Patienten, der an einer Atmungsinsuffizienz leidet und zuhause gepflegt wird.

Was die Druckluft betrifft, könnte man glauben, einen einfachen Ventila­ tor zu nutzen, der Luft unter passenden Bedingungen liefert, z. B. 170 Liter/Minute unter einem relativen Druck von 200 mbar (0,2 × 10⁵ Pa). Das Experiment zeigt vollkommen, daß solche Ventilatoren eine Trägheit haben, so daß sie nicht in befriedigender Weise geeignet zum Liefern eines, in einer Frequenz an den Atemzyklus korrespondierenden gepuls­ ten Volumenstrom sind. Es ist zu bevorzugen, die für die Krankenhäuser entwickelte Anordnung zu nutzen, in welcher die Luft, die mit einem Druck der Ordnung 3,5 × 10⁵ Pa geliefert wird, ein nach der Atmungs­ frequenz gesteuertes Elektroventil durchfließt und in ein Venturi ge­ schickt wird, wo sie den gewünschten Atmosphärenvolumenstrom zu dem Benutzer mit einem geeigneten Druck mit sich zieht.

Um diese Vorrichtung für eine Nutzung zuhause oder im Krankenhaus­ dienst, welcher ohne ein Druckluftnetz ausgestattet ist, anzupassen, genügt es, einen Kompressor vorzusehen, der in der Lage ist, Luft mit ungefähr 3,5 × 10⁵ Pa zu liefern. Solche Kompressoren existieren im Handel.

Was den Sauerstoff betrifft, erweist sich, in der Abwesenheit eines Sauer­ stoffverteilungsnetzes, die Nutzung von Druckluftflaschen wenig praktisch, aber man verfügt seit einigen Jahren über "Konzentratoren". In solchen Apparaten wird die Luft unter einem Druck im Minimum ungefähr 2 x 10⁵ Pa in eine Kolonne geschickt, die mit einem adsorbierenden Materi­ al, bezeichnet mit "Molekularsieb", ausgefüllt ist, welches den Stickstoff festsetzt und den Sauerstoff mit einem schwachen Gehalt an Stickstoff passieren läßt, welcher unter einem Überdruck der Ordnung von 0,3 bis 0,4 × 10⁵ Pa im Maximum geliefert wird.

Das mit gespeichertem Stickstoff gefüllte Molekularsieb befreit diesen, sobald es wieder an den Atmosphärendruck zurückgebracht wird, wodurch dieses für eine neue Nutzung regeneriert. Die Konzentratoren enthalten daher mindestens zwei Molekularsiebkolonnen, wovon eines in Betrieb ist und eines in der Regenerierung. Im wesentlichen findet der Austausch der Kolonnen nach 15 bis 20 Sekunden statt.

Um die Kompliziertheit, zwei unterschiedliche Kompressoren in einer Installation für die Pflege zuhause zu besitzen, zu vermeiden, könnte man daran denken, einen einzigen Kompressor zu nutzen, der mit unge­ fähr 3,5 × 10⁵ Pa liefert, um die zwei Vorrichtungen zu versorgen.

Die durch die Anmelderin gemachten Erfahrungen haben gezeigt, daß man so keine befriedigenden Resultate erreichen konnte: Das unter einem Druck von 3,5 × 10⁵ Pa stehende Netz erleidet zwei Arten von Störungen: Die einen resultieren aus der gepulsten Sendung komprimier­ ter Luft mit einer veränderlichen Atmungsfrequenz der Ordnung von 7 bis 12 Takten je Minute, die anderen resultieren aus einer Auswechse­ lung der Konzentratorkolonnen mit einer Frequenz, welche z. B. vier Auswechselungen je Minute beträgt. Die Überlagerungen zwischen diesen beiden Arten der Störungen sind derart, daß es unmöglich ist, eine geeignete Stabilität des Druckes der komprimierten Luft zu erreichen, sofern nicht Speicherpuffer mit einem inakzeptablen Raumbedarf vor­ gesehen sind.

Die Variationen des Druckes der komprimierten Luft sind sehr unange­ nehm zu fühlen und können gefährlich sein. Dagegen haben die Ände­ rungen des Versorgungsdruckes des Konzentrators wenig Rückstoß auf den Volumenstrom des Auslasses und besitzen nicht die mißlichen Kon­ sequenzen.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, dieses Problem zu lösen und eine Apparatur zur Atmungshilfe zu schaffen, die autonom und deren Nutzung einfach ist, und die erlaubt, einen Patienten mit komprimierter Luft und mit Sauerstoff in beliebig variablen Verhältnissen zu versorgen, wobei insgesamt eine akzeptable Stabilität des Druckes der komprimier­ ten Luft gesichert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben. Erfindungsgemäß weist die Apparatur zur Atmungshilfe folgende Merkmale auf:

• a) Mittel zum Liefern von komprimierter Luft zu einem Patienten und enthaltend:
  • - ein Venturi, welches mit Druckluft zum Nach-Sich-Ziehen von Luft unter Atmosphärendruck in eine erste Leitung, welche mit dem Lungensystem eines Benutzers verbindbar ist, versorgt werden kann;
• b) Mittel zum Liefern von Sauerstoff zum Patienten und enthaltend:
  • - einen Sauerstoffkonzentrator, versorgt mit Druckluft,
  • - eine zweite Leitung, welche einen Ausgang des Konzentrators mit der eben erwähnten ersten Leitung verbindet; und
• c) einen Kompressor, der geeignet ist, Sauerstoff unter Druck zum Venturi und/oder zum Konzentrator zu liefern;

wobei diese Apparatur als besonderen Umstand aufweist, daß der Kompressor von dem Typ ist, welcher mindestens eine erste und eine zweite Auslaßebene enthält, die unterschiedlich an eine Gesamt­ heit von Rohrleitungen verbunden sind, enthaltend eine erste Rohr­ leitung, welche den Ausgang der ersten Ebene mit dem Venturi verbindet, eine zweite Rohrleitung, welche den Ausgang der zweiten Ebene mit dem Konzentrator verbindet, und Umschaltungsmittel, welche erlauben, zwischen ihnen die erste und die zweite Rohrlei­ tung selektiv zu verbinden,
und im weiteren sind Rückschlagventile bei den vorher erwähnten Mitteln angebracht, um ein Übergreifen eines Überdruckes in der zweiten Rohrleitung auf die erste Rohrleitung zu verhindern.

In dieser Art kann die notwendige Unabhängigkeit der Kreise für jede Verteilung gesichert sein.

Unter "erhöhtem Druck" versteht man hier einen relativen Druck von mindestens 2 × 10⁵ Pa. Einer besonders einfachen und wirtschaftlichen Ausführungsform folgend, ist die zweite Rohrleitung permanent mit dem Konzentrator verbunden und es ist in der ersten Rohrleitung ein Dreiwe­ geventil für die erste Rohrleitung vorgesehen und kann entsprechend den beiden folgenden Arten funktionieren:

• - Atmungsunterstützung mit komprimierter und stark sauerstoff­ angereicherter Luft,
• - Atmungsunterstützung allein durch stark sauerstoffangereicherte Luft.

In dem ersten Modus kann man zu jeder Zeit den Konzentrator aus­ schalten, wenn der Sauerstoff nicht notwendig ist.

Einer, ein wenig mehr verbesserten Ausführungsform folgend, ist in der ersten Rohrleitung zwischen dem erwähnten Ventil und dem Venturi ein Abfluß vorgesehen, der erlaubt, einen Teil der komprimierten Luft, welcher zum Venturi geschickt wurde, abzuleiten, um ihn zum Konzen­ trator zu führen. Diese Ausführungsform erlaubt, das Verhältnis kom­ primierter Luft/Sauerstoff beliebig einzustellen.

In all diesen Fällen ist es möglich, die Konstantheit des Volumenstromes und des Druckes der komprimierten Luft noch zu verbessern, indem bedacht wird, daß ein Pufferspeicher mit geringem Volumen mit der ersten Rohrleitung verbunden ist.

Einer besonderen Ausführungsform folgend, enthält der Konzentrator einen Ausgang, welcher erlaubt, sich mit einem Apparat zur Atmungs­ hilfe, welcher ohne komprimierte Luft funktioniert, zu verbinden. Der Vorteil dieser Vorrichtung ist es, im Bedarfsfalle einen sehr schnellen Durchgang einer "natürlichen" Atmung mit sauerstoffangereicherter Luft zu einer Atmung, die mit pulsierter Luft unterstützt wird, zu erlauben.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, illustriert mit Hilfe der einzigen Zeichnung, welche ein Schema einer Apparatur zur Atmungsunterstützung gemäß der Erfindung zeigt.

Die Apparatur, beschrieben anhand eines Beispiels, enthält zum einen einen "Beatmer" 1, welcher von einem analogen Apparat abgeleitet ist, der für die Krankenhausnutzung bestimmt ist, solche wie die unter dem Namen "ARM 25" durch die Anmelderin gehandelte, und ein Versor­ gungsmodul 2, das die spezifischen Besonderheiten der Erfindung enthält.

Das Beatmungsgerät 1 enthält zwei Teile, wovon der erste zur Einbla­ sung gepulster Luft in das Atmungssystem des Patienten P bestimmt ist. Dieser erste Teil enthält einen Eingang A, welcher mit der Quelle der komprimierten Luft verbunden ist, die im späteren beschrieben wird. Ein Druckregler 3 erlaubt, den Eingangsdruck zu kontrollieren und ein Druckminderer 4 erlaubt, diesen auf einen Wert von ungefähr 3 × 10⁵ Pa zu stabilisieren. Ein Hahn zur Einatmungshilfe 5 erlaubt, den durch den Druckminderer 4 aufgebauten Druck bis auf einen einstellbaren Wert abzusenken, der in Abhängigkeit der Bedürfnisse gewählt wird. Ein Elektroventil 6 erlaubt, den Volumenstrom zu unterbrechen und beliebig wiederherzustellen, der Art, um ein pulsierendes System zu bilden.

Ein Venturi 7 enthält eine axiale Düse 8, welche mit komprimierter Luft von dem Elektroventil 6 kommend, versorgt wird, und einen Zusatzein­ gang für gefilterte Luft 9, welche durch die Luft, die die Düse 8 verläßt, wenn diese versorgt wird, mitgezogen wird. Das Venturi 7 ist verlängert durch eine Leitung 10, welche ein Rückschlagventil 11 und einen Mas­ sendurchflußmeßfühler 12, üblicherweise ein Hitzdrahtmassendurchflußmeß­ fühler, vorgesehen hat. Mit 13 und 14 hat man ein Manometer und einen Druckmeßfühler dargestellt, welche stromabwärts vom Rückschlag­ ventil 11 mit der Leitung 10 verbunden sind. Die Leitung 10 mündet in den Körper einer Maske mit permanenter Verbindung mit dem Atmungs­ system P eines Patienten. Der Körper der Maske enthält eine Ausatem­ öffnung 15, welche mit der freien Luft verbunden ist, und hat ein Ventil 16 vorgesehen, welches zur selektiven Unterbrechung seiner Verbindung mit dem Körper der Maske außer bei Ausatemperioden angeordnet ist. Die Elemente des ersten Teils des Beatmungsgerätes, von dem Elek­ troventil 6 bis zu dem Ventil 16, sind in dem Dokument US-A-5,000,173 beschrieben.

Der zweite Teil des Beatmungsgerätes ist, vereinfacht ausgedrückt, zum Einführen einer Sauerstoffergänzung (und/oder ein anderes Behandlungs­ gas) in das Atmungssystem 1 des Patienten bestimmt. Er enthält einen Eingang B, welcher hier mit einer Sauerstoffquelle einer Apparatur, welche später beschrieben wird, verbunden ist und ein Hahn 21 zur Dosierung des Sauerstoffes in Abhängigkeit der Bedürfnisse. Ein Elek­ troventil 22 ist in eine Leitung 23 zwischengeschaltet, die den Hahn 21 mit der Leitung 10 verbindet, dort, wo er den Körper der Maske wieder­ trifft, um Sauerstoff in das Atmungssystem P des Patienten zu schicken. Das Elektroventil 22 erlaubt, die Lieferungen von Sauerstoff und die Lieferungen von komprimierter Luft zu synchronisieren.

In der einzigen Figur ist der untere Teil durch das Versorgungsmodul 2 besetzt, welches man nun in einer sehr viel detaillierteren Art beschreibt.

Das Motorelement des Moduls 2 ist ein Kompressor 30, der in dem dargestellten Beispiel zwei Zylinder enthält, wovon jeder einen Kolben vorgesehen hat und die parallel funktionieren. Der Kompressor hat zwei unterschiedliche Ausgänge 31, 32. Der erste Ausgang 31 ist durch eine erste Leitung mit einem Dreiwegeventil 33 verbunden. Einer der Aus­ gänge des Ventiles 33 ist mit einer Leitung verbunden, welche selbst mit einem "Verteiler" 35 verbunden ist, dessen Funktion im späteren erklärt werden soll, und ein Ausgang ist dann mittels einer Leitung 36 mit dem Ausgang "komprimierte Luft" des Modules verbunden, welcher mit dem Eingang A des ersten Ausganges 31 des Beatmungsgerätes verbunden ist. Der Druck an dem ersten Ausgang 31 des Kompressors ist ungefähr 3,5 × 10⁵ Pa, er bleibt ungefähr vollkommen bis zum Ausgang A erhalten.

Der zweite Ausgang 32 des Kompressors ist dafür vorgesehen, kompri­ mierte Luft unter einem Druck von ungefähr 3,5 × 10⁵ Pa, welcher ungefähr gleich gegenüber demjenigen ist, welcher an dem ersten Aus­ gang 31 herrscht, in einen Konzentrator 40 vom Typ PSA, welcher mindestens zwei Molekularsiebkolonnen, die abwechselnd funktionieren, enthält, zu schicken. Ein Rückschlagventil 41 ist zwischen dem Ausgang 32 und dem Konzentrator 40 derart zwischengeschaltet, um ein Rück­ stauen von Luft von dem Konzentrator zu dem Kompressor zu verhin­ dern, insbesondere während der Umkehrungen der Kolonne.

Das Dreiwegeventil 33 hat einen zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des Konzentrators 40 über ein Rückschlagventil 42 verbunden ist, welches in derselben Art und Weise den Ausgang 31 des Kompressors gegen die Rücksendung von Druckluft, vom Konzentrator 40 stammend, zu schüt­ zen.

Der Eingang des Konzentrators 40 ist gleichermaßen mit einem Ausgang des Verteilers 35 verbunden, dank welchem es möglich ist, nur einen Teil der Luft, welche durch das Dreiwegeventil 33 hindurchtritt, zu dem Ausgang "komprimierte Luft" zu schicken. Der Luftüberschuß wird dann zum Konzentrator 40 geschickt. Der Verteiler 35 selbst ist ebenfalls stromabwärts durch ein Rückschlagventil 43 geschützt, welches zwischen dem Verteiler und dem Konzentrator 40 angeordnet ist.

Eine kleine Pufferkapazität 44, welche mit der Leitung 36 verbunden ist, bringt einen Zusatz an Stabilität zum Druck an dem Ausgang A.

Der Konzentrator 40 enthält einen zweiten Ausgang, der mit dem Ein­ gang B des zweiten Teiles des Beatmungsgerätes 1 verbunden ist und einen dritten Ausgang C, der nicht in Nutzung ist, solange das Beat­ mungsgerät funktioniert, der aber für eine Atmungsunterstützung, welche nicht die Nutzung der pulsierenden Luft enthält, genutzt sein kann.

Es sei angemerkt, daß der Kompressor bei der Firma Thomas bezogen werden kann. Die Ausgänge 31 und 32 liefern jeweils 18 N/Liter pro Minute mit 350 kPa.

Die Erfindung erlaubt daher, über einen praktisch autonomen Apparat zu verfügen, das bedeutet, dieser benötigt es nicht, mit einem Druckluftnetz oder Sauerstoffnetz verbunden zu sein. Es genügt, sich mit einer für den Motor des Kompressors geeigneten Energiequelle zu verbinden, z. B. einem Elektrizitätsnetz. Der Apparat bietet eine große Flexibilität, weil er es erlaubt, durch einfaches Umschalten insbesondere des Ventils 33, entweder sei es als eine Atmungsunterstützung mit komprimierter gepuls­ ter Luft, wobei die komprimierte Luft regulierbare Sauerstoffverhältnisse enthalten kann oder sei es als eine aktive Atmungsunterstützung weniger durch einfache Sauerstoffaddierung an die natürlich eingeatmete Luft zu verfahren.

Die Vorrichtung ist wenig sperrig und von einfacher Bedienung und Wartung.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Atmungshilfe, aufweisend:

• a) Mittel zum Liefern von komprimierter Luft zu einem Patienten und enthaltend:
  • - ein Venturi (7), welches mit Druckluft zum Nachsichziehen von Luft unter Atmosphärendruck in eine erste Leitung (10), welche mit dem Lungensystem eines Benutzers verbindbar ist, versorgt sein kann;
• b) Mittel zum Liefern von Sauerstoff zum Patienten und enthal­ tend:
  • - einen Sauerstoffkonzentrator (40), versorgt mit Druckluft,
  • - eine zweite Leitung (23), welche einen Ausgang des Konzen­ trators mit der ersten Leitung (10) verbindet; und
• c) einen Kompressor (30), der geeignet ist, Sauerstoff unter Druck zum Venturi und/oder zum Konzentrator zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) von dem Typ ist, wel­ cher mindestens eine erste und eine zweite Auslaßebene (31, 32) enthält, die unterschiedlich an eine Gesamtheit von Rohrleitun­ gen verbunden sind, enthaltend eine erste Rohrleitung, welche den Ausgang (31) der ersten Ebene mit dem Venturi (7) verbindet, eine zweite Rohrleitung, welche den Ausgang (32) der zweiten Ebene mit dem Konzentrator (40) verbindet, und Umschaltungs­ mittel (33), welche zwischen ihnen die erste und die zweite Rohr­ leitung selektiv verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rohrleitung permanent mit dem Konzentrator verbunden ist und daß die vorher erwähnten Umschaltungsmittel der ersten Rohr­ leitung ein Verteilungsventil (33) enthalten, welches erlaubt, die kom­ primierte, am Ausgang der ersten Ebene verfügbare Luft zu dem Venturi (7) und/oder zu dem Konzentrator (40) zuzuleiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der ersten Rohrleitung zwischen dem vorher erwähnten Ventil (33) und dem Venturi (7) einen Verteiler (35) aufweist, der erlaubt, einen Teil der komprimierten Luft, welche zu dem Venturi geschickt ist, abzuleiten, um sie zu dem Konzentrator (40) zu leiten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen Vorrats-Pufferspeicher (44) enthält, der mit der ersten Rohrleitung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie ein erstes Ventil (6) enthält, welches in der Ver­ sorgung des Venturi angeordnet ist, um die Versorgung mit kom­ primierter Luft dieses Venturis während den Ausatemperioden zu unterbrechen, und ein zweites Ventil (16), um das Lungensystem während der Ausatemperioden mit der Atmosphäre zu verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (23) ein Ventil (22) enthält, welches den Sauerstoff­ durchgang zum Benutzer während mindestens der Ausatemperioden verhindert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (10) und die zweite (23) Leitung in einer Benutzermaske münden.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator mindestens zwei molekulare Siebkolonnen enthält.