DE2505670A1

DE2505670A1 - Beatmungssystem

Info

Publication number: DE2505670A1
Application number: DE19752505670
Authority: DE
Inventors: Roland Ing Grad Schultner; Erik Dr Ing Schwanbom
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1975-02-11
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1976-08-19
Also published as: JPS59111136U; BR7600803A; JPS6240603Y2; GB1544639A; JPS51105194A; DE2505670B2; SE7601432L; FR2300579B1; SE424504B; CH593058A5; BE838444A; NL7600186A; FR2300579A1

Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft 24 Lübeck, Moislinger Allee 53/55

Beatmungssystem

Die Erfindung betrifft ein Beatmungssystem mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät.

Es ist bekannt, daß eine erfolgreiche Beatmung mit den bekannten Beatmungseinrichtungen, auch wenn sie meßwertgesteuert sind, nicht nur durch die mechanischen Punktionswerte
der Einrichtungen und die von dem Patienten bestimmten O₃- bzw. COp-Werte erreicht werden kann. Es muß darüber hinaus auf die durch die Zwangsbeatmung veränderten Verhältnisse
im Organismus, verglichen mit der Spontanatmung, Rücksicht genommen werden.

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In "einem bekannten volumengesteuerten Beatmungsgerät wird die Einatmungsphase eines jeweiligen Atemzyklus' jeweils dann beendet und die Ausatmungsphase ausgelöst, wenn einem Patienten während der Einatmungsphase ein bestimmtes Volumen an Gas zugeführt wurde. Der Patient kann dabei in gewissen Grenzen die je Zeiteinheit zuströmende Gasmenge beeinflussen. Dazu besitzt das Gerät einen, die zuströmende Gasmenge messenden Fühler und einen an den Fühler angeschlossenen, das jeweils vom Beginn der jeweiligen Einatmungsphase dem Patienten zugeführte Atemgasvolumen messenden Integrator. Mit dem Integrator zusammenwirkende ein Ausatemventil öffnende Mittel treten dann in Tätigkeit, wenn das dem Patienten während der Einatmungsphase zugeführte und gemesse*· ne Atemgasvolumen einen bestimmten eingestellten Wert erreicht hat. Das Atemgasvolumen je Einatmungsphase ist festgelegt, die Einatemzeit für diese Menge wird jedoch vom Patienten bestimmt.

Das Beatmungsgerät dieser Ausführung nimmt auf den Lungenzustand selbst keine Rücksicht. Es besteht die mögliche Gefahr, daß bei einer zu geringen Strömungsgeschwindigkeit, bedingt durch Obstruktionen im Atemweg des Patienten, der Einatemvorgang sich viel zu lange ausdehnt oder wegen zu hohem Atemwegdruck unterbrochen werden muß und damit der Gesamtrhythmus der Atemfunktion tiefgreifend gestört wird. (DT-PS 2 102 837).

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Es ist ferner bekannt, Beatmungsgeräte, die mittels elektronisch steuerbarer Servo-Ventile eine, volumenkonstante Beatmung erreichen, mit einer Meßwertsteuerung zu versehen. Dabei steuert ein intraarterieller Meßfühler das Beatmungsgerät entsprechend dem arteriellen GOg-Partialdruck des beatmeten Patienten. Die kontinuierlich in den p_co -Meßverstärker einlaufenden, einem jeweiligen arteriellen COp-Partialdruck entsprechenden Spannungen werden einem Adäierverstärker übermittelt, der den jeweiligen Spannungswert mit einem über ein Potentiometer eingestellten Sollwert vergleicht. Der Addierverstärker steuert über ein Verzögerungsglied entsprechend den Spannungsabweichungen zwischen SoIl- und Istwert das Beatmungsgerät. Wenn die Spannungsabweichung zwischen dem Ist- und dem Sollwert gleich Null ist, liefert das Beatmungsgerät dem Patienten eine am Beatmungsgerät eingestellte Normalatemgasmenge.

. Bei der Steuerung dieses Beatmungsgerätes durch den C0>>-Partialdruck, d.h. der Veränderung der zugeführten Atemgasmenge in Abhängigkeit von dem COg-Partialdruck im Blut, wird auf den Zustand der Lunge des Patienten keine Rücksicht genommen. Die aufgrund des COp-Partialdruckes sich einstellende Atemgasmenge wird, ganz gleich, ob sie kleiner oder größer als die eingestellte Normalatemgasmenge ist, dem Patienten zugeführt. Bei einer sich dabei stark vergrößernden Atemgas-

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menge kann die Lunge über die Maßen beansprucht werden.
Dies ist besonders dann gefährlich, wenn die Lunge aufgrund ihres Zustandes nicht in ihrer gesamten inneren Struktur voll beaufschlagbar ist, z.B. bei Verschleimung. Ferner nimmt diese Art der Beatmungssteuerung keine Rücksicht auf den tatsächlichen Sauerstoffgehalt des Blutes, was z.B. bei "Shunt"-Bildung bei der Durchblutung der Lunge zu Komplikationen führen kann. (Anaesthesist 22, 416-422, 1975).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Beatmungssystem zu schaffen, das sich jeweils in der Elnatmungs- und Ausatmungsphase dem Lungenzustand anpaßt, so daß eine bestmögliche Gasverteilung bei gleichmäßiger Dehnung der Lunge erfolgt, der Gasaustausch erleichtert wird und damit insgesamt eine schonende Beatmung stattfindet. Dies beinhaltet auch eine Anpassung des Beatmungsvorganges an plötzliche Veränderungen der Lungenfunktionswerte innerhalb eines Beatmungszyklus'. Ferner soll der Beatmungsvorgang so gesteuert werden, daß andere Stoffwechselvorgänge (Metabolismus) möglichst wenig beeinträchtigt werden. Außerdem soll sichergestellt sein, daß das Herzzeitvolumen (Cardiac-Output) nicht unzulässig niedrige Werte annimmt.

Die Erfindung besteht darin, daß das Beatmungssystem eine
Normwerteingabeeinheit, ein Lungenfunktions-Meßgerät, das

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mindestens die Compliance und den Atemwegwiderstand mehr als einmal pro Ein- und Ausatmungsphase mißt, und eine Steuereinrichtung aus einem Rechenteil und einem Steuerteil, die die entscheidenden Meßwerte auswählt, enthält, und daß das Beatmungssystem im nächsten Teil der Ein- bzw. Ausatmungsphase eine Atemgasmenge liefert, wie sie das Rechenteil aus den Veränderungen des gerade zurückliegenden Teils der Ein- bzw. Ausatmungsphase ermittelt hat.

Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die mehrfache Anpassung der physikalischen Beatmungsparameter (u.a. Druck, Volumen und deren Zeit-Ableitungen) in jeder Ein- und Ausatmungsphase an die Lunge das Beatmungsmuster nicht starr, sondern variabel ist und sich den Erfordernissen der Lunge entsprechend einstellt. Die Lunge wird, da der Atemwegwiderstand und die lungeneigene Compliance optimal berücksichtigt werden, gleichmäßig gedehnt. Das führt zu einer gleichmäßigen Gasverteilung und - daraus resultierend - zu einem guten Gasaustausch. Teile der Lunge, die mit den bekannten festeingestellten Beatmungsgeräten nicht oder nur unvollständig beatmet wurden, tragen jetzt mit zum Gasaustausch bei. Durch diese Anpassung des Beatmungssystems an die Gegebenheiten der Lunge ergibt sich insgesamt durch Vermeidung von lokalen unphysiologischen Extremwerten der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes eine

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schonende Beatmung, z.B. auch bei erhöhtem Atemwegwiderstand oder krankhaft veränderter Compliance. Mit dem Gerät nach der Erfindung ist es möglich geworden, auch in schwierigen, bisher aussichtslosen Fällen eine Beatmung auch über längere Zeiträume hinweg durchführen zu können.

In Ausbildung der Erfindung enthält das Beatmungssystem ein Blutgasanalysegerät und ein Atemgasanalysegerät, die an die Steuereinrichtung angeschlossen sind, die die Atemgasmenge und die Atemgaszusammensetzung beeinflussen.

Die Erweiterung des genannten Beatmungssystems durch ein Blutgasanalysegerät und ein Atemgasanalysegerät ist vorteilhaft, da es für bestimmte Beatmungsfälle sinnvoll ist, außer den physikalischen Beatmungsparametern auch die Zusammensetzung des Atemgases den tatsächlichen Erfordernissen des Patienten anzupassen. So kann es nötig sein, bei sich verschlechterndem Gasaustausch zwischen den Lungenbläschen und dem Blut den Sauerstoffgehalt des Atemgases zu erhöhen, um den erforderlichen Sauerstoffgehalt im Blut zu erreichen. Tritt im Verlauf der Beatmung dann eine Besserung ein, wird mit dieser vorteilhaften Ausführung selbsttätig der Sauerstoffgehalt des Atemgases wieder auf den Ursprungswert zurückgeführt.

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In weiterer Ausbildung der Erfindung enthält das Beatmungssystem ein Herzzeitvolumen-Meßgerät, das an die Steuereinrichtung angeschlossen ist, die den Endexpiratorischeri-Druck bestimmt.

Das ist vorteilhaft, um bei einem Absinken des Herzzeitvolumens (Cardiac-Output), wie es bei einer Beatmung vorkommen kann, durch Änderung des den Alveolarmitteldruck bestimmenden Beatmungsparameters Endexpiratorischer-Druck kompensierend einzugreifen.

Das Beatmungssystem kann darüber hinaus vorteilhaft durch ein Stoffwechselgrößenanalysegerät ergänzt sein, das an die Steuereinrichtung angeschlossen ist.

Durch Hinzufügen des StoffwechselgrÖßenanalysegeräteswird es möglich, durch Änderungen der Beatmungsparameter den Stoffwechsel des Körpers zu steuern.

In einem Stoffwechselgrößenanalysegerät mit der Möglichkeit zur Messung der Chloridionenkonzentration im Blut ermöglicht diese Erfindung, dafl das Beatmungssystem zwischen einer re spiratorisch und einer metabolisch bedingten Azidose trennt und nach den jeweiligen Patientenbedürfnissen die Beatmungsparameter steuert.

Es kann so eine durch Hypoventilation hervorgerufene respi-

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ratorische Azidose durch eine Erhöhung des Atemminutenvolumens korrigiert werden. Bei einer metabolischen Azidose würden jedoch die gleichen Änderungen im Atemminutenvolumen zu osmotischen Störungen im Blutplasma führen, was besonders bei Frühgeborenen zu schweren venösen Gehirnblutungen führen kann.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung das Blockschaltbild des Beatmungssystems. Das Beatmungssystem besteht aus dem regelbaren Beatmungsgerät 7, das den symbolisch durch ein Rechteck dargestellten Patienten 8 beatmet. Dieses Beatmungsgerät 7 erhält seine Soll-Werte für die Beatmungsparameter von der Steuereinrichtung 10, die aus dem Rechenteil 4 und dem Steuerteil β besteht. Das Staierteil 6 wird von dem Rechenteil 4 angesteuert. An das Rechenteil 4 ist ein Blutgasanalysegerät 1, ein Stoffwechselgrößenanalysegerät 2, ein Herzzeitvolumen-Meßgerät 3, ein Lungenfunktions-Msßgerät 5 und ein Atemgasanalyse-Meßgerät 11 angeschlossen. Diese Meßgeräte erhalten ihre Meßwerte direkt vom Patienten 8. Außerdem liefert eine Normwerteingabeeinheit 12 an das Rechenteil 4 die bei einem gesunden Menschen zu erwartenden Normwerte. An das Steuerteil 6 ist die Sollwerteingabeeinheit 9 ange-

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schlossen; sie gibt die vom Arzt gewünschten Sollwerte an das Steuerteil 6.

Das Beatmungssystem arbeitet wie folgt: Das Beatmungsgerät 7 wird von dem Steuerteil 6 mit den Sollwerten der Beatmungsparameter angesteuert. Es beatmet den Patienten 8 zunächst mit einer bestimmten Atemgasmenge A, die kleiner ist als die in der Ein- bzw. Ausatmungsphase zu liefernde Gesamtatemgasmenge G (Tidalvolumen). Das Lungenfunktions-MeSgerät 5 ermittelt dabei die Compliance der Lunge und den Atemwegwiderstand des Patienten 8. Diese Werte werden von dem Lungenfunktions-Meßgerät 5 an das Rechenteil 4 weitergegeben, dort gespeichert und mit den in der vorhergehenden Ein- bzw. Ausatmungsphase bereits gespeicherten Werten der Compliance und des Atemwegwiderstandes zusammen verwendet und neue Sollwerte für die Beatmungsparameter der nächsten Atemgasmenge berechnet. Die neuen Sollwerte werden vom Steuerteil 6 dem Beatmungsgerät 7 gegeben.

Je kleiner das Verhältnis der Atemgasmenge A zur Gesamtatemgasmenge G ist, um so häufiger wird das Lungenfunktions-Meßgerät 5 die Werte für die Compliance und den Atemwegwiderstand an das Rechenteil 4- liefern und um so besser wird die Beatmung den tatsächlichen Erfordernissen der Lunge angepaßt. Eine theoretische obere Grenze der Häufigkeit wird durch den Atemgasweg von dem Beatmungsgerät 7 zu den Alveolen der Patientenlunge und der Schallgeschwindigkeit im Atemgas bestimmt.

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Das Blutgasanalysegerät 1 bezieht seine Meßwerte von dem Patienten 8 und analysiert das Blut auf seine Gasanteile und seinen Säure-Basengehalt. Die ermittelten Blutgasmeßwerte werden an das Rechenteil 4 geliefert. Gleiches geschieht mit den Meßwerten aus dem Atemgasanalysegerät 11. Im Rechenteil 4 werden die Meßwerte aus beiden Analysegeräten 1 und 11 nach Vergleich mit den für den Patienten zu erwartenden Normwerten aus der Normwerteingabeeinheit 12 überprüft, aus den Werten berechnet das Rechenteil 4 Steuersignale für das Steuerteil 6. Das Steuerteil 6 ermittelt aus den von dem Arzt in der Sollwerteingabeeinheit 9 eingegebenen gewünschten Werten der Blutgasanalyse eigene Werte und vergleicht diese mit den von dem Rechenteil 4 gelieferten Steuersignalen. Entsprechend äen Abweichungen werden die Beträge der Steuersignale, die aus dem Rechenteil 4 an das Steuerteil 6 kommen, vergrößert oder verringert. Damit gelangen die hinsichtlich der Compliance, des Atemwegwiderstandes und der Blut- und Atemgasanalyse berechneten Sollwerte für die Beatmungsparameter an das Beatmungsgerät 7. Die Sollwerte bestimmen nicht nur die Atemgasmengen, sondern auch die Atemgaszusammensetzung.

Auch das Herzzeitvolumen-Meßgerät 3 bezieht seine Meßwerte vom Patienten 8 und liefert an das Rechenteil 4 ein Signal, das dem Herzzeitvolumen proportional ist. Im Rechenteil 4

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wird dieses Signal für das Herzzeitvplumen mit dem Normwert aus der Normwerteingabeeinheit 12 verglichen. Ändert sich das Verhältnis durch Änderung des Herzzeitvolumens, dann wird im Rechenteil 4 das Signal des Alveolarmittel- druckes, entstanden aus den Signalen des Lungenfunktions-Meßgerätes 5 und des Atemgasanalysegerätes 11, mit dem Signal aus dem Herzzeitvolumen-Meßgerät 3 korreliert. Ist die Änderung des Herzzeitvolumens auf eine entsprechende Änderung des Alveolarmitteidruckes zurückzuführen, dann entsteht im Rechenteil 4 ein Steuersignal, es wird an das Steuerteil 6 weitergegeben. Entsprechend diesem Steuersignal wird im Steuerteil 6 der Sollwert für den Beatmungsparameter Endexpiratorischer-Druck geändert und an das Beatmungsgerät 7 weitergegeben.

Das Stoffwechselgrößenanalysegerät 2, das seine Meßwerte direkt vom Patienten 8 bezieht, gibt seine Stoffwechsel- .größenwerte an das Rechenteil 4 weiter. Im Rechenteil 4 werden sie mit den Normwerten aus der Normwerteingabeein- heit 12 verglichen. Aus der Abweichung ermittelt das Rechenteil 4 Steuersignale für das Steuerteil 6. Die an das Beatmungsgerät 7 weiterzugebenden Sollwerte beeinflussen die Beatmungsparameter in vorgegebenen Grenzen.

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Claims

Patentansprüche

Beatmungssystem mit von Patientenwerten gesteuertem Beatmungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß das Beatmungssystem eine Normwerteingabeeinheit (12), ein Lungenfunktions-Meßgerät (5), das mindestens die Compliance und den Atemwegwiderstand mehr als einmal pro Ein- und Ausatmungsphase mißt, und eine Steuereinrichtung (10) aus einem Rechenteil (4) und einem Steuerteil (6), die die entscheidenden Meßwerte auswählt, enthält, und daß das Beatmungssystem im nächsten Teil der Ein- bzw. Ausatmungsphase eine Atemgasmenge liefert, wie sie das Rechenteil (4) aus den Veränderungen des gerade zurückliegenden Teils der Ein- bzw. Ausatmungsphase ermittelt hat.

2. Beatmungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Blutgasanalysegerät (l) und ein Atemgasanalysegerät (11) enthält, die an die Steuereinrichtung (10) angeschlossen sind, die die Atemgasmenge und die Atemgaszusammensetzung beeinflussen.

5. Beatmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Herzzeitvolumen-Meßgerät (3) enthält, das an die Steuereinrichtung (10) angeschlossen ist, die den Endexpiratorischen-Druck bestimmt.

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4. Beatmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Stoffwechselgrößenanalysegerät (2) enthält, das an die Steuereinrichtung (10) angeschlossen ist.

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