DE19701617A1

DE19701617A1 - Gesteuertes Gasetherapiegerät

Info

Publication number: DE19701617A1
Application number: DE19701617A
Authority: DE
Inventors: Christian Krebs
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Ino Therapeutics Brunn Am Gebirge At GmbH
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-07-23

Description

Die Erfindung betrifft ein gesteuertes Gerät zur Dosierung von Gasen bei der Beatmung, insbesondere für die kontrollierte Zudosierung von NO zum Atemgas.

Geräte zur Beatmung werden eingesetzt für die maschinelle Beatmung, für die Anästhesie und für die Atemtherapie durch Behandlung mit Ga sen, z. B. Sauerstoffspende oder Behandlung mit Stickoxid (NO).

Ein Inhalations-Anästhesiegerät wird beispielsweise beschrieben in DE 37 12 598 A1. Es dient zur Dosierung von Narkosegas in das Atemgas.

DE 43 25 319 C1 beschreibt ein Gerät zur kontinuierlichen Zudosierung von NO zur Atemluft von Patienten, enthaltend einen Respirator, einen NO-Dosierbehälter, eine Dosiereinheit mit Steuergerät und einen Analy sator zur Bestimmung der NO-Konzentration in der Atemluft. Das Steu ergerät (Kontroll- und Regeleinheit) übernimmt die Dosierung des zu dosierenden NO durch Bestimmung der Volumenströme von Atemgas und NO unter Berücksichtigung des NO-Analysewertes. Die NO-Dosierung erfolgt volumenproportional oder volumenstromproportional.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität von Beat mungsgeräten zu verbessern, indem die Zudosierung eines Gases in ein Atemgas gesteuert werden kann, so daß die Zudosierung eines Ga ses während des Betriebes automatisch gesteuert werden kann, insbe sondere bei der Behandlung mit NO-Gasgemischen.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Minimierung der eingesetzten NO-Menge bei der Behandlung von Patienten bei Einsatz von Beatmungs geräten durch Verbesserung der Funktionsweise von Beatmungsgerä ten.

Überraschend wurde gefunden, daß durch eine gezielte, ungleichmäßi ge Dosierung von NO wie eine diskontinuierliche Dosierung von NO während der Beatmung die gleiche Wirkung wie bei herkömmlicher, gleichmäßiger NO-Dosierung erzielt wird, jedoch bei reduzierter Ge samtbelastung des Patienten.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Beatmungssystem mit einer ab laufgesteuerten, ungleichmäßigen Gasdosierung oder einer sensorge steuerten Gasdosierung.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Beatmungssystem mit gesteuerter, ungleichmäßiger NO-Dosierung.

Eine ungleichmäßige Gasdosierung bedeutet, daß die Dosierung des Gases nicht mit einem konstanten oder konstant vorgegebenen Wert der Gaskonzentration in dem Beatmungsgas oder mit einem konstant vorgegebenen Gasstrom oder Gasfluß erfolgt. Eine ungleichmäßige Gasdosierung ist beispielsweise eine gezielte, regelmäßige Änderung der Gaskonzentration durch eine Steuereinheit (z. B. programm gesteuert oder Sensor-gesteuert) oder eine entsprechende Änderung per Hand. Die ungleichmäßige Gasdosierung kann eine diskontinuierli che Dosierung sein. Die ungleichmäßige Gasdosierung kann auch eine gezielte Veränderung der Gaskonzentration im Atemgas zwischen ei nem unteren und oberen Grenzwert bedeuten.

Als Beatmungssystem wird eine Anordnung verstanden, die ein Beat mungsgerät enthält. Teile des Beatmungssystems sind zum Beispiel Schlauchverbindungen, Gasversorgung, Gasdosiereinheit und gegebe nenfalls Gasfilter.

Die Einspeisung des dosierten Gases kann vor, in oder nach dem Be atmungsgerät erfolgen. Im Fall von NO als dosiertes Gas erfolgt die Einspeisung von NO oder NO-haltigem Gas und Luft und/oder Sauer stoff z. B. in das Beatmungsgerät oder die Atemgasmischung mit NO wird außerhalb des Beatmungsgerätes vor der Einleitung in das Beat mungsgerät hergestellt. NO oder NO-haltiges Gas (z. B. NO/N₂- Gemisch) kann auch über ein sogenanntes Applikationsgerät, ein Hand ventil oder ein steuerbares Ventil in die Atemgasleitung in unmittelbarer Nähe zum Patienten eingespeist werden.

Bei der Steuerung oder dem gesteuerten Ablauf der Gasdosierung (z. B. Gasfluß oder Konzentration von NO) in einem Beatmungssystem wer den folgende Arten unterschieden:

a) gezielte Handsteuerung,
b) Programm-Steuerung (automatische Steuerung nach Programm),
c) Sensor-Steuerung.

Die ungleichmäßige NO-Dosierung kann eine Intervalldosierung von NO oder NO-haltigem Gas sein. So erfolgt bei dieser Art der NO-Dosierung die Beatmung des Patienten durch eine sich wiederholende Folge von Atemzyklen mit in das Atemgas zudosiertem NO und Atemzyklen ohne Zudosierung von NO. Die Intervalldosierung kann beispielsweise eine Wiederholung der folgender Sequenzen sein:

a) 1 NO-Zudosierung und 1 Auslassung der NO-Dosierung,
b) 2 NO-Zudosierungen und 25 folgende Auslassungen der NO-Dosierung oder
c) 10 NO-Zudosierungen und 30 folgende Auslassungen des NO.

Bei spontan atmenden Patienten ist die Intervalldosierung beispielswei se: 3 Zudosierung bei 80 Auslassungen; d. h. 3 Atemzyklen mit NO-Zudosierung und 80 Atemzyklen ohne NO-Zudosierung.

Ein geeignetes Beatmungssystem ist beispielsweise in DE 43 25 319 C1 beschrieben, worauf Bezug genommen wird.

Das Regelventil für die NO-Dosierung in dem Beatmungssystem ist bei spielsweise bei additiver Beatmungsgaszudosierung ein Massendurch flußregler (z. B. Gerätetyp MFC der Firma Brooks, Niederlande) oder zeitgesteuertes Magnetventil (z. B. Magnetventil der Firma Bürkert (Deutschland) mit vorgeschalteter Elektronik zur Zeitsteuerung).

Die Intervalldosierung kann eine zeitlich variierende NO-Dosierung sein. Beispielsweise kann es sehr günstig sein, die NO-Menge über eine Rei he von Atemzügen ansteigen zu lassen und dann in gleichem Verhältnis oder schnellerer Folge die NO-Menge wieder abnehmen zu lassen.

Die Intervalldosierung kann beispielsweise so erfolgen, daß über eine Folge von einem oder mehreren (zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr) Atemzügen eine übliche NO-Dosis (z. B. bis zu 25 ppm NO bei schwerstem Lungenversagen) verabreicht wird und dann über eine Folge von Atemzügen (ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder zwanzig, dreißig, vierzig, fünfzig oder mehr Atemzüge) eine sehr niedrige NO-Menge verabreicht werden, so daß beispielsweise eine NO-Konzentration im ppb- oder ppt-Bereich in das Atemgas zudosiert wird.

Die NO-Menge oder NO-Konzentration kann auch innerhalb einer Atemzugsperiode verändert werden.

Die Intervalldosierung kann auch mit Hilfe eines Sensors automatisch geregelt werden. Die NO-Menge kann durch die Bestimmung einer Meßgröße geregelt werden. Als Meßgröße kann die Sauerstoffsättigung im peripheren Blut oder der Pulmonaldruck dienen. Die Regelung kann als halbautomatischer oder vollautomatischer Regelkreis ausgebildet sein.

Der Vorteil der Intervalldosierung liegt auch in einem niedrigeren NO-Verbrauch bei einer effektiven NO-Therapie. Besonderer Vorteil ist bei der verringerten NO-Menge eine verringerte Bildung von toxischen Ne benprodukten des NO wie NO₂.

Weiterer Vorteil: Absetzung und Entwöhnung der NO-Therapie, auch allgemein bei der Entwöhnung beatmeter NO-pflichtiger Patienten.

Die Steuerung der NO-Dosierung kann auch anhand einer Response- Kurve des Patienten auf NO erfolgen. Es wird die Response-Kurve des Patienten vorher bestimmt, das heißt die zeitliche Abhängigkeit einer Meßgröße (eines Parameters) von der verabreichten NO-Menge oder NO-Konzentration. Die Response-Kurve kann beispielsweise durch Messung der durch die NO-Dosierung bewirkte steigende Sauer stoffsättigung im peripheren Blut und/oder des bei NO-Dosierung fallen de Pulmonaldruck ermittelt werden. Anhand dieser Response-Kurve kann die günstigste NO-Dosierung bestimmt werden. Zur Steuerung der NO-Dosierung kann ein empirisch bestimmter Sollwert mit der Meßgrö ße verglichen werden und dementsprechend eine Regeleinheit (z. B. Durchflußregler oder Magnetventil) angesteuert werden. Es kann auch die empirisch ermittelte Response-Kurve zur Steuerung dienen, wobei z. B. die NO-Menge so gesteuert wird, daß die zeitliche Änderung der on line gemessenen Meßgröße der Response-Kurve angenähert wird.

Neben den genannten Vorteilen bei der Verwendung des Beatmungs systems mit geregelter NO-Zudosierung ist ein weiterer wichtiger Vorteil eine geringere, aus NO gebildete NO₂-Menge bei der Beatmung, da NO₂ toxisch wirkt.

Grenzwerte der einzustellenden NO-Konzentration (minimale, maximale Konzentration), Atemzyklenzahl mit und ohne Zudosierung und optimale Parameter für die Steuerung der Gasdosierung können in einer voran gegangenen Bestimmung oder während der eigentlichen Therapie be stimmt werden (Bestimmung der Steuerungsparameter: zeitlich ge wünschter Gaskonzentrationsverlauf). Zur Optimierung der NO-Dosierung (automatische Findung und Anpassung der günstigsten (minimal erforderlichen) NO-Menge kann folgendermaßen vorgegangen werden: 1. stetige NO-Mengensteigerung (NO-Zunahme) von Unter grenze (z. B. 0,1 ppm NO) bis Obergrenze (z. B. 100 ppm), dabei Mes sung der Sauerstoffsättigung im peripheren Blut und/oder der Pulmo naldruck (Beobachtung der Reaktion des Patienten = Response). Be stimmung der günstigen NO-Konzentration (wird Sollwert für Steue rung). Kontrolle des Sollwert mit zweiter Response-Messung (Durchfahren der NO-Konzentration Untergren ze/Obergrenze/Untergrenze = Dreiecksmessung). Das optimale NO-Profil (NO-Konzentrationskurve im Atemgas) ist dann erreicht, wenn sich eine gleichbleibende Sauerstoffsättigung im peripheren Blut oder mini maler, konstanter Pulmonaldruck einstellt (adaptive Steuerung der Gas dosierung).

Das Beatmungssystems mit gesteuerter Gasdosierung gemäß der Erfin dung wird beispielsweise bei der Behandlung von Hypoxie oder Lun genhochdruck verwendet. Eine Verwendung erfolgt unter anderem bei folgenden Krankheiten/Krankheitsbildern:
ARDS (adult respiratory distress syndrome),
Asthma,
PPH (angeborener Lungenhochdruck),
COPD (chronisch obstruktive Lungenerkrankung),
Herzmißbildung,
Lungenunreife bei Früh- und Neugeborenen.

Der Lungenblutdruck (Pulmonaldruck, Lungenarteriendruck) als Meß- und Regelgröße kann mittels eines in die Lungenarterie eingeschwemm ten Katheders (z. B. Type SWAN-Ganz von Baxter, USA, mit elektri scher Umsetzung mittels des Gerätes Explorer von Baxter) erfaßt wer den.

Ein Sensorgesteuertes Verfahren der Gasdosierung wird im folgende am Beispiel des Einsatzes eines Beatmungssystems für die Sauerstoff therapie beschrieben. Messung der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin im peripheren Blut mittels eines Pulsoxymeter (z. B. ASAT, Firma Baxter, USA). Das Pulsoxymeter dient als Sensor zur Erfassung der Meßgröße, die Führungsgröße ist. Sauerstoffkonzentration/Menge im Atemgas wird gesteuert. Der Regelbereich der Sauerstoffkonzentration reicht bis 100 Vol.-%. Analog zu der NO-Zudosierung wird bei diesem Verfahren, bei dem das erfindungsgemäße Beatmungssystem einge setzt wird, die Sauerstoff-Zudosierung gezielt geregelt. Die Regelung kann aber auch über ein vorgegebenes Programm erfolgen.

Die bei der Sauerstofftherapie auftretende Oxygenierung im Blutkreis lauf kann als Meß- und Regelgröße bei einem diskontinuierlichen Meß verfahren, z. B. mit dem Gerät 995 HO der Firma AVL (Österreich), ein gesetzt werden. Eine solche Blutgasanalyse kann bei arteriellem Blut gas, venösem Blutgas oder gemischt-venösem Blutgas erfolgen.

Eine kontinuierliche Messung des arteriellen Blutgases kann mit dem Gerät Perotrend der Firma Crosstec erfolgen.

Eine kontinuierliche Messung der peripheren Sauerstoffsättigung des Blutes kann mittels einem Pulsoxymeter, z. B. das Gerät ASAT der Fir ma Baxter (USA), erfolgen.

Die automatische Sauerstoff-Dosierung bei der Sauerstofftherapie mit tels des Beatmungssystems kann bei spontanatmenden wie auch beat meten Patienten erfolgen. Durch Erhöhen oder Verringern des Sauer stoffanteiles im inspiratorischen Gas des Patienten ändern sich Sauer stoffgehalt des Blutes und Lungenblutdruck. So kann zur Ermittlung des optimal möglichen Sauerstoffanteile durch einen oder beide der Meß größen (Parameter) herangezogen werden. Dies geschieht beispiels weise, indem ein Pulsoxymeter (Gerät mit photometrischem Meßprinzip, Messung der Absorptionseigenschaften von Hämoglobin im Blut) die Sauerstoffkonzentration im peripheren Blut kontinuierlich mißt. Fällt die Sauerstoffsättigung unter einen Mindestwert oder ist eine sinkende Sauerstoffsättigungstendenz erkennbar, so wird durch eine Regelein richtung (z. B. Magnetventil) Sauerstoff in das Atemgas zudosiert bis der Sättigungswert einen Sollwert erreicht.

Das erfindungsgemäße Beatmungssystem und Verfahren eignet sich neben der Dosierung von NO oder Sauerstoff auch für die geregelte Zudosierung anderer Gasgemische wie Helium/Sauerstoff- oder Was serstoff-haltige Gasgemische.

Claims

1. Beatmungssystem mit einer ablaufgesteuerten, ungleichmäßigen Gasdosierung oder einer sensorgesteuerten Gasdosierung.

2. Beatmungssystem mit ungleichmäßiger NO-Dosierung.

3. Beatmungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die NO-Dosierung in regelmäßigen Zeitabständen verändert wird.

4. Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die NO-Dosierung automatisch erfolgt.

5. Beatmungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die NO-Dosierung diskontinuierlich erfolgt.

6. Beatmungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die NO-Dosierung mit Hilfe eines Sensors erfolgt.

7. Verfahren zur Dosierung von Gasen in Beatmungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Gas in Intervallen oder ungleichmäßig dosiert wird.

8. Verwendung von einem Massendurchflußregler oder zeitgesteuertem Magnetventil zur Herstellung eines Beatmungssystems mit diskontinu ierlicher NO-Dosierung.

9. Verwendung von Beatmungssystemen mit gesteuerter Gasdosierung bei der Behandlung von Krankheiten.