DE4106098A1

DE4106098A1 - Vorrichtung zur erzeugung kontinuierlich positiver drucke in den luftwegen bei spontanatmung mit besonderer eignung fuer frueh- und neugeborene

Info

Publication number: DE4106098A1
Application number: DE4106098A
Authority: DE
Inventors: Volker Prof Dr Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1992-09-03
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: CA2101647A1; DE4106098C2; EP0573468A1; WO1992015355A1

Description

Kontinuierlich positive Drucke in den Luftwegen bei Spontanatmung werden schon seit ca. zwei Jahrzehnten erfolgreich zur Behandlung von Lungeninstabilitäten und zur Verbesserung der Sauerstoffaufnahme durch die Lunge bei Früh- und Neugeborenen eingesetzt. Es sind hierfür drei unterschiedliche Verfahren im Gebrauch. Allen drei Verfahren ist dabei gemeinsam, daß ein geschlossenes Atemschlauchsystem mit Atemgasreservoir und manuell exakt einstellbarem Überdruckventil benutzt wird, in das angefeuchtetes, angewärmtes, mit Sauerstoff angereichertes Atemfrischgas im Überschuß eingespeist wird. Mit diesem Atemgas werden die Lunge des angeschlossenen spontan atmenden Patienten unter definiertem, möglichst konstantem Überdruck gebläht und auch dessen ins Atemschlauchsystem ausgeatmetes verbrauchtes Atemgas über das Überdruckventil ins Freie abgeblasen. Die technische Unterschiede der heute klinisch angewandten Verfahren bestehen nur noch darin, wie das Atemgas zugeführt wird, um den therapeutisch gewünschten, möglichst kontanten Überdruck in der Lunge zu erzeugen. Zusammen mit den zusätzlich sich ergebenden klinischen Problemen, sind sie nachfolgend kurz dargestellt.

Verfahren Nr. 1

Es benutzt einen Trachealtubus (Atemschlauch), der direkt in die Luftröhre des Patienten eingelegt wird, um das Atemgas direkt dem Bronchialsystem und der Lunge zuzuführen, um dort den gewünschten Überdruck aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Es lassen sich hiermit sehr konstanten Drucke in der Lunge realisieren.

Hauptprobleme dieses Verfahrens

Der Patient muß intubiert werden und hat dauernd einen Schlauch als Fremdkörper in seiner Luftröhre liegen, der eine Dauerreizung, Schädigungen der Stimmbäder und der Luftröhre sowie Infektionen des Bronchialsystems und der Lunge verursachen kann. Darüber hinaus erfordert dieser Schlauch in der Luftröhre ein fortwährendes, intermittierendes künstliches Schleimabsaugen zum Offenhalten der Luftwege. Zusätzlich stellt dieser Atemschlauch einen erheblichen Strömungswiderstand dar, der vom Patienten bei Ein- und Ausatmung überwunden werden muß.

Verfahren Nr.2

Das Atemfrischgas wird über einen oder zwei Schläuche durch die Nase in den Nasen-Rachen-Mundraum eingeleitet und baut dort und in den damit kommunizierenden Luftwegen und der Lunge den gewünschten kontinuierlichen Überdruck auf.

Hauptprobleme dieses Verfahrens

Unkontrollierte, große Gaslecks v. a. über dem Mund und kleinere über die Nase. Diese Lecks können insgesamt so groß sein, daß ein konstanter, positiver Druck in der Mundhöhle nicht mehr aufrechtzuerhalten ist und damit auch der Überdruck in der Lunge zusammenbricht oder nur noch auf einem unkontrollierten, sehr niedrigen evtl. physiologisch schon unwirksamen Druckniveau gehalten werden kann. Um diese wechselnd großen Gaslecks kompensieren zu können, sind aber große Frischgasmengen notwendig, die aber über die verhältnismäßig engen Nasenschläuche nicht mehr ohne erheblichen Druckverlust in den Nasen-Rachen-Mundraum eingespeist werden können, so daß dann die im Atemschlauchsystem mit Gasreservoir eingestellten gewünschten therapeutischen Drucke in der Mundhöhle nicht mehr erreicht werden.

Verfahren Nr. 3

Atemgas wird in den Nasen-Rachen-Mundraum und die angeschlossenen Luftwege und Lunge mit Hilfe einer dicht sitzenden Maske zugeführt, die sowohl die Nase als auch den Mund einschließt. Das bedeutet, ein Verschwinden der Mund- und Nasenlecks und die Möglichkeit einer Atemgaszufuhr über Nase und Mund. Eine gute Druckkonstanz wäre damit gegeben.

Hauptprobleme dieses Verfahrens

Abdichtungsschwierigkeiten (Lecks!) der Maske am Gesicht der Neugeborenen, die teilweise trotz Ausübung gefährlich hoher Drucke auf Gesicht, Schädel und Nacken nicht behoben werden können und Komplikationen wie z. B. Druckschäden der Haut und evtl. sogar Hirnblutungen bewirken. Zusätzlich ist die Installierung einer großen, sperrigen Halteapparatur im Inkubator (Brutkasten) notwendig. Erhebliche Behinderungen und eine Einschränkung pflegerischer und therapeutischer Maßnahmen sind die Folge.

Nachfolgend beschriebene Erfindung vermeidet weitgehend die genannten Probleme. Sie benutzt zur Atemfrischgaszufuhr zwei Nasen-Rachenschläuche, die in ihrem Lumen je einen sehr dünnen Druckmeßschlauch aufweisen. Das eingespeiste Atemfrischgas steht aber, im Gegensatz zu sämtlichen beschriebenen und bekannten Verfahren, nicht unter dem gewünschten therapeutischen Druck von 5-10 cm H₂O, sondern unter 25-30 cm H₂O Überdruck und weist zusätzlich aufmodulierte Druckschwingungen auf. Größere Lecks über den Mund werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Weise kompensiert, daß der Druck im Nasen-Rachen-Mund-Raum laufend über die dünnen Meßsonden mit nachgeschalteten elektrisch-elektronischen Druckmeßvorrichtungen kontrolliert und über eine selektive Erkennungselektronik und ein elektronisches Regelglied mit Dosierventil die Atemfrischgaszufuhr so gesteuert wird, daß eine Vergrößerung der Mundlecks jeweils auch einen erhöhten Kompensationsgasfluß in den Nasenrachenschläuchen bewirkt. Der durch den hohen Gasfluß zwangsläufig auftretende erhöhte Druckabfall, führt aber nicht wie bei den bekannten Verfahren zu einem Druckabfall im Mundraum und der Lunge, sondern kann da zwischen Atemfrischgas-Einspeisedruck (25-30 cm H₂O) und den im Nasen-Rachen-Mundraum therapeutisch angewandten Drucken (5-10 cm H₂O) eine Druckdifferenz von mindestens 20 cm H₂O besteht, durch die Gaszufuhr-Regelung mühelos ausgeglichen werden. Es muß aber bei dieser Technik unbedingt, im Interesse der Patientensicherheit Sorge getragen werden, daß keine unzulässig hohen Drucke im Mundraum und damit auch in der Lunge auftreten können wie z. B. bei einer plötzlichen starken Verkleinerung der Gaslecks.

Eine erste Druckbegrenzung auf erhöhtem Druckniveau ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den auf 25-30 cm H₂O limitierten Einspeisedruck des Atemfrischgases gegeben. Die zweite Druckbegrenzung auf therapeutischem Druckniveau von 5-10 cm H₂O erfolgt durch die fortlaufenden exakten Druckmessungen im Nasen-Rachen-Mundraum und die davon abhängige geregelte Atemfrischgaszufuhr. Tritt eine Druckmeßsondenverstopfung durch Nasenschleim auf, ein nicht seltenes Ereignis, dann wird das nachgeschaltete Druckmeßelement, wenn es keine Entlüftung ins Freie aufweist, über lange Zeit noch mit dem Druck beaufschlagt sein, der kurz vor dem Verstopfen der Sonde im Nasen-Rachen-Mundraum geherrscht hat. Eine evtl. gefährliche Falschregelung der Atemfrischgas-Einspeisung mit einem Aufbauen von hohen Drucken bis max. 30 cm H₂O, wäre die Folge. Um solche Fehlmessungen und -regelungen sicher zu vermeiden, benutzt die erfindungsgemäße Vorrichtung Atemfrischgas, dem Druckschwingungen aufmoduliert sind. Diese Druckschwingungen werden aber nur bei einer offenen Druckmeßsonde, nicht aber nach deren Verstopfung, auf das nachgeschaltete elektrisch-elektronische Druckelement übertragen. Auf diese Weise kann sehr leicht bei der Auswertung der Signale in einer speziellen Elektronik diese Verstopfung erkannt und durch eine sofortige Aktivierung einer in der Vorrichtung integrierten automatischen Sonden-Durchblas-Vorrichtung diese beseitigt werden. Ist dies in seltenen Fällen nicht möglich, dann wird automatisch Gerätealarm ausgelöst und gleichzeitig die Atemfrischgaszufuhr auf ein Minimum gedrosselt. Wird die beschriebene Druckmessung und Regelung der Atemfrischgaszufuhr noch in Form von zwei komplett voneinander getrennt arbeitenden Regelkreisen mit Drucksonden, Druckmeßelementen sowie Selektiv- und Steuer-Regelelektroniken ausgebildet, dann läßt sich hiermit ein Höchstmaß an Patientensicherheit erreichen. Ein ungelöstes Problem ist nun nur noch die Ausatmung des Patienten in den Nasen-Rachen-Mundraum mit der Gefahr, daß sich dort bei geschlossenem Mund und verlegter Nase die verbrauchte Ausatemluft anreichert und immer wieder vom Patienten eingeatmet wird. Zur Beseitigung dieser Probleme wird mit Hilfe eines in den Mund eingelegten knickfesten Tubusses (Schlauch) ein kleines fixes Leck ins Freie geschaffen. Durch eine immer vorhandene Atemfrischgaszufuhr im Bereich von 2-5 l/min läßt sich über dieses Leck eine sichere Ausspülung der verbrauchten Ausatemluft ins Freie erreichen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt schematisch die Einzelbausteine der Vorrichtung und ihre logische Verknüpfung.

Fig. 2 zeigt in Aufsicht die Fixierhilfe für die Nasenrachentuben und den Mundtubus.

Alle bei Fig. 1 schematisch dargestellten Einzelbausteine sind Stand der Technik und werden deshalb nicht ausführlicher beschrieben.

Atemfrischgas gelangt von einem handelsüblichen Hochdruck-Druckluft-Sauerstoffmischer (1) zu dem elektromagnetisch betätigten Dosierventil (2) und gleichzeitig zu dem Regler (3) zur Festeinstellung des Ausspül-Dauergasflusses von 5 l/min und von hier weiter zu dem Niederdruckregler (4), der den Druck auf 25-30 cm H₂O begrenzt. Dieser Regler gibt Atemgas ab an den Modulator (5), der ihm Druckschwingungen aufmoduliert (benutzter Frequenzbereich 0,1-20 Hz, Hub 0,5-10 cm H₂O), bevor das Frischgas dann eine handelsübliche Atemgas-Anfeucht- Anwärmvorrichtung (6) durchströmt und über den Verbindungsschlauch (7) den Y-Gasverteiler (8) erreicht. Hier sind die zwei speziellen Nasen-Rachen-Tuben (9) mit ihren Adaptern (10) eingesteckt und versorgen den schematisch dargestellten Nasen-Rachen-Mundraum (16) und die damit kommunizierende Luftröhre (19) und Lunge (20) mit Atemfrischgas unter Überdruck (5-10 cm H₂O). Wechselnd große Gaslecks (18) über die Lippen sind symbolisiert durch parallele Striche. Ein in den Mundraum eingelegter Tubus (knickfester Schlauch, 17) dient als fixes Leck ins Freie zur sicheren Ausspülung der verbrauchten Ausatemluft aus dem Nasen-Rachen-Mundraum (16) durch kontinuierlich über den Regler (3) strömende Atemfrischgas. Durch die im Lumen der Nasenrachentuben (9) verlaufenden dünnen Druckmeßsonden (11), die jeweils über Verbindungsschläuche (12, 13) mit je einem elektrisch-elektronischen Druckmeßelement (14, 15) und durch eine weitere nachgeschaltete Selektivelektronik (21) und ein elektronisches Regelglied (22) wird schließlich das Dosierventil (2) gesteuert. Kommt es zu einem Verstopfen der dünnen Druckmeßsonden, z. B. durch Nasenschleim, dann werden Drucksignale nur noch ohne aufmodulierte Druckschwingungen durch die Druckmeßelemente (14, 15) erfaßt und können damit von der Selektivelektronik (21) als Verstopfung erkannt werden. Dies führt zu einer Auslösung der automatischen Durchblasvorrichtung (23), die über die elektromagnetischen Ventile (24, 25) Atemgas unter hohem Druck in die Verbindungsschläuche (12, 13) und die zugehörigen Druckmeß sonden (9) abgibt und damit die Verstopfung in der Regel beseitigt. Da die Ventile (24, 25) gleichzeitig beim Durchblasvorgang eine Entlüftung der Druckmeßelemente (14, 15) ins Freie bewirken, ist nach Beendigung des Durchblasvorgangs ohne größere Zeitverzögerung trotz der verwendeten sehr dünnen Druckmeßsonden eine exakte Druckerfassung gewährleistet.

Fig. 2 zeigt die Haltevorrichtug für die Nasenrachentuben und den Mundtubus. Sie besteht aus einer Basisplatte (26) aus elastisches Material (Gummi, Silikonkautschuk), die Öffnungen aufweist. Die Öffnungen (27, 28) dienen zum klemmenden Einschieben der Nasenrachentuben (9) und die Öffnung (29) für den des Mundtubusses (17). Seitlich rechts und links angebrachte rechteckige Ausstanzungen (30, 31) dienen der Befestigung von Haltebändern. Wie man sieht, sind die Öffnungen (24, 25) nur von einem schmalen Saum elastischen Materials (32) umgeben, der über je einen schmalen Steg (33, 34) mit der Basisplatte (26) verbunden ist. Diese Stege ermöglichen bei der Fixierung der Basisplatte auf der Oberlippe des Patienten eine weitgehend drucklose Befestigung der Nasenrachentuben in einer um ca. 90° abgewinkelten Position.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines kontinuierlichen positiven Drucks in den Luftwegen bei Spontanatmung, dadurch gekennzeichnet, daß sie geregelt Atemfrischgas unter Überdruck, druckbegrenzt und mit exakt definierten aufmodulierten Druckschwingungen versehen mit Hilfe von Schläuche dem Nasen-Rachen-Mundraum und den damit kommunizierenden Luftwegen und der Lunge zuführt, um dort einen auf einem niedrigeren, vorgewählten, therapeutischen Druckniveau konstanten Druck, trotz wechselnder Gaslecks, aufzubauen und aufrechtzuerhalten mit Hilfe einer kontinuierlichen Druckmessung über Druckmeßsonde und einer davon gesteuerten Regelung der Atemfrischgaszufuhr.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemfrischgas zur Erzeugung des kontinierlich positiven Drucks in den Luftwegen über einen oder zwei möglichst weitlumige Schläuche, die in ihrem Lumen je einen dünnen Druckmeßschlauch aufweisen, durch die Nase oder den Mund dem Nasen-Rachen-Mundraum zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßvorrichtung in einfacher oder doppelter Ausführung ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nasenrachentubus zur Atemfrischgaszufuhr und ein zweiter zur Druckmessung benutzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein definiertes, fixes Gasleck über den Mund verwendet, z. B. mit Hilfe eines Schlauches.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fixierhilfe für ein oder zwei Nasenschläuche und einen Mundschlauch in Form einer elastischen Lochplatte benutzt, die zusätzlich an ihren Enden Ausstanzungen zur Befestigung von Bändern aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Sonden-Durchblas-Vorrichtung mit Erkennungselektronik integriert ist, die bei Registrierung von Drucksignalen ohne aufmodulierte Schwingungen automatisch einen Sondendurchblasvorgang auslöst.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausbleiben von Drucksignalen mit aufmodulierten Schwingungen nach stattgehabtem Sondendurchblasvorgang zur Alarmauslösung und gleichzeitiger Drosselung der Atemfrischgaszufuhr auf ein Minimum führt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Sondendurchblas vorrichtung auch manuell ausgelöst werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufmodulierten Druckschwingungen Amplituden in einem Bereich von 0,5-10 cm H₂O und Frequenzen in einem Bereich von 0,1-20 Hertz aufweisen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschwingungen des Atemgases durch intermittierende komplette oder inkomplette Unterbrechungen des Gasflusses oder Schwingungen einer Membran erzeugt werden.