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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Zuführen von Sauerstoff und genauer
Systeme zum Zuführen
von Sauerstoff direkt in erkrankte Bereiche der Lungen.
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Als
ein Ergebnis von Studien, die bis zurück in die Jahre um 1930 datieren
und insbesondere Studien, die in den Jahren ab 1960 und in den frühen Jahren
ab 1970 durchgeführt
worden sind, ist festgestellt worden, daß eine kontinuierliche Langzeittherapie
mit Sauerstoff nutzbringend bei der Behandlung hypoxämischer
Patienten mit chronischen obstruktiven Lungenkrankheiten ist. Mit
anderen Worten können
das Leben des Patienten und seine Lebensqualität verbessert werden, indem
eine konstante zusätzliche
Zufuhr an Sauerstoff an die Lungen der Patienten geliefert wird.
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Mit
dem Wunsch jedoch, medizinische Kosten einzufrieren, gibt es ein
wachsendes Bedenken, daß die
zusätzlichen
Kosten, eine kontinuierliche Sauerstofftherapie für chronisch
Lungenkranke zu bieten, einen übermäßigen Zuwachs
in den jährlichen
Kosten der Sauerstofftherapie erzeugen werden. Somit ist es wünschenswert,
daß Sauerstofftherapie,
wenn sie geboten wird, so kosteneffektiv wie möglich sein soll.
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Die
Standardbehandlung für
Patienten, bei denen zusätzlicher
Sauerstoff erforderlich ist, ist es immer noch, Sauerstoff aus einer
Sauerstoffquelle mittels einer Nasalkanüle zuzuführen. Eine solche Behandlung
jedoch erfordert eine große
Menge an Sauerstoff, was Verschwendung ist und Wundsein und Irritation
an der Nase hervorrufen kann, ebenso wie es möglicherweise verschlimmernd
wirkt. Über andere
unerwünschte
Wirkungen ist auch berichtet worden. Verschiedene weitere medizinische
Ansätze,
die vorgeschlagen worden sind, um dabei helfen, die Kosten einer
kontinuierlichen Sauerstofftherapie zu reduzieren, sind überprüft worden.
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Verschiedene
Vorrichtungen und Verfahren sind ins Auge gefaßt worden, um Notfall-Cricothyroidotomien
duchzuführen
und einen Tracheotomieschlauch zur Verfügung zu stellen, so daß ein Patient,
dessen Luftwege ansonsten blockiert sind, weiter atmen kann. Solche
Vorrichtungen sind allgemein beabsichtigt nur für den Einsatz bei einem Patienten, der
nicht spontan atmet und sind für
die Langzeitbehandlung einer chronischen Lungenkrankheit nicht geeignet.
Typischerweise werden solche Vorrichtungen eingerichtet, indem die
Haut punktiert wird, um ein Loch in der Cricoidmembran des Kehlkopfes oberhalb
der Luftröhre
zu schaffen, in das ein relativ großer gekrümmter Tracheotomieschlauch
eingesetzt wird. Wie zuvor beschrieben ist der Einsatz solcher Schläuche medizinisch
auf Notfallsituationen beschränkt
worden, in denen der Patient ansonsten aufgrund des Blockierens
der Luftwege ersticken würde.
Solche Notfall-Tracheotomieschläuche
sind für
die Langzeittherapie, nachdem die Blockierung der Luftwege beseitigt
ist, nicht geeignet.
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Obwohl
Tracheotomieschläuche
für ihren
gedachten Zweck zufriedenstellend sind, sind sie nicht für den dauerhaften
Gebrauch bei ambulanten Patienten als eine Einrichtung zum Zuführen zusätzlichen
Sauerstoffs bei spontan atmenden Patienten mit chronischer obstruktiver
Lungenkrankheit gedacht. Solche Tracheotomieschläuche sind im allgemeinen so
gestaltet, daß sie
die Gesamtluftzufuhr zu dem Patienten über eine relativ kurze Zeitdauer
zur Verfügung
stellen. Die Tracheotomieschläuche
sind im allgemeinen im starren oder halbstarren Aufbau und mit einer
Bemaßung
vorgesehen, die von 2.5 mm Außendurchmesser
bei Kindern bis 15 mm Außendurchmesser
bei Erwachsenen reicht. Sie werden normalerweise in einem Operationsraum
als eine chirurgische Prozedur oder während Notfallsituationen durch
die crycotyroide Membran eingesetzt, wo das Gewebe weniger Gefäße aufweist
und die Möglichkeit
des Blutens verringert ist. Diese Vorrichtungen sind dazu gedacht,
den Durchlaß von
Luft in beiden Richtungen zuzulassen, bis die normale Atmung durch
andere Mittel wiederhergestellt worden ist.
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Ein
weiterer Typ des Tracheotomieschlauches ist in der
US 3682166 und der
US 3788325 offenbart. Der darin beschriebene
Katheter wird über eine
Nadel mit Eichmaß 14
oder 16 gelegt und durch die cricotyroide Membran eingesetzt, um
Luft oder Sauerstoff und Vakuum auf einer Notfallbasis zuzuführen, um
das Atmen eines nicht atmenden Patienten wiederherzustellen. Die
Luft oder der Sauerstoff wird bei 207 bis 689 kPa (30 bis 100 psi)
für die
Inflation und Deflation der Lungen des Patienten zugeführt. Der
Jacobs-Katheter, wie die anderen Tracheotomieschläuche, die
zuvor benutzt worden sind, ist für
den Langzeiteinsatz bei ambu lanten Patienten nicht geeignet und
könnte
für einen
solchen Einsatz nicht in einfacher Weise angepaßt werden.
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Aufgrund
der begrenzten Funktionalität
von Tracheotomieschläuchen
sind transtracheale Katheter für
die Langzeittherapie mit zusätzlichem
Sauerstoff vorgeschlagen und benutzt worden. Zum Beispiel ist der
transtracheale Katheter (Eichmaß 16)
mit kleinem Durchmesser, entwickelt von Dr. Henry J. Heimlich (beschrieben
in THE ANNALS OF OTOLOGY, RHINOLOGY & LARYNGOLOGY, November-Dezember 1982;
Respiratory Rehabilitation with Transtracheal Oxygen System) eingesetzt
worden, indem eine relativ große
Schneidnadel (Eichmaß 14) in
die Luftröhre
am Mittelpunkt zwischen der Cricothyroidmembran und der sternalen
Verengung eingesetzt wurde. Diese Kathetergröße kann Sauerstoff bis zu ungefähr 3 Liter
pro Minute bei niedrigen Drücken
zuführen,
so wie 14 kPa (2 psi), was für
Patienten, bei denen höhere
Strömungsraten
erforderlich sind, nicht ausreichend sein mag. Dies führt jedoch nicht
von selbst zum Einsatz bei ambulanten Patienten und bei der Wartung,
so wie periodisches Entfernen und Reinigen, hauptsächlich weil
der Verbinder zwischen dem Katheter und dem Schlauch für die Sauerstoffzufuhr
benachbart und gegen den vorderen Bereich der Luftröhre liegt
und nicht einfach von dem Patienten zu sehen und zu handhaben ist.
Weiterhin ist der Katheter nicht mit positiven Mitteln zum Schutz
gegen Verknicken oder Zusammendrücken versehen,
was den effektiven Einsatz bei einem Patienten auf ambulanter Basis
verhindern würde.
Ein solches Merkmal ist nicht nur wünschenswert, sondern bei einem
ambulanten Langzeitpatienten und dem Einsatz bei der Versorgung
zu Hause notwendig. Auch wegen seiner Struktur, d.h. nur einer Austrittsöffnung,
wird der Sauerstoff aus dem Katheter gerade hinunter die Luftröhre in Richtung
auf die Gabelung zwischen den Bronchien gerichtet. Wegen der normalen
Anatomie der Bronchien, wobei die linke Bronchie unter einem spitzeren
Winkel zur Luftröhre liegt
als die rechte Bronchie, wird mehr Sauerstoff von dem Katheter in
die rechte Bronchie gerichtet, anstatt daß er für die gleichmäßigere Verteilung
auf beide Bronchien gerichtet oder gemischt wird. Auch kann strukturgemäß der Sauerstoff
die Carina treffen, was zu einem unerwünschten Kitzelerlebnis und Husten
führen
kann. Zusätzlich
bei solchen Vorrichtungen, wenn ein wesentlicher Anteil des Sauerstoffes
gegen die Rückwand
der Luftröhre
gerichtet wird, was das Abtragen der Schleimhaut auf dieser Fläche verursacht,
kann dies Aufreißen
und Bluten hervorrufen. Insgesamt, wegen der begrenzten Ausgabe
aus dieser Vorrichtung, kann sie nicht ausreichend zusätzlichen
Sauerstoff im Betrieb zuführen,
wenn der Patient trainiert oder ansonsten recht aktiv ist oder eine
schwere Krankheit hat.
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Somit
ist keine der oben beschriebenen Vorrichtungen des Standes der Technik
vollständig
geeignet für
den Einsatz bei ambulanten Patienten auf einer Langzeitbasis.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile, die mit Langzeitsauerstofftherapie-Systemen verbunden
sind, wie sie oben kurz beschrieben sind.
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Luft
tritt typischerweise in den Säugetierkörper durch
die Nasenlöcher
ein und strömt
in die Nasenhohlräume.
Während
die Luft durch die Nasenlöcher
und die Nasenhohlräume
strömt,
wird sie gefiltert, befeuchtet und auf ungefähr Körpertemperatur angehoben oder
abgesenkt. Die Rückseiten
der Nasenhohlräume
gehen kontinuierlich in den Rachen (Halsbereich) über; daher
kann Luft den Rachen aus den Nasenhohlräumen oder vom Mund her erreichen.
Demgemäß kann das
Säugetier,
wenn möglich durch
seine Nase oder den Mund atmen. Im allgemeinen wird Luft aus dem
Mund nicht so gefiltert oder temperaturreguliert wie Luft von den
Nasenlöchern. Die
Luft in dem Rachen strömt
aus einer Öffnung
im Boden des Rachens und in den Larynx (Kehlkopf). Die Epiglottis
schließt
automatisch den Kehlkopf während
des Schluckens ab, so daß Feststoffe und/oder
Flüssigkeiten
in den Ösophagus
anstatt in die unteren Luftdurchlässe oder Luftwege eintreten. Vom
Kehlkopf fließt
die Luft in die Luftröhre,
die sich in zwei Zweige aufteilt, welche als die Bronchien bezeichnet
werden. Die Bronchien sind mit den Lungen verbunden.
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Die
Lungen sind große
paarige schwammige elastische Organe, die im Brustkorb angeordnet
sind. Die Lungen sind im Kontakt mit den Wänden des Brustkorbes. Beim
Menschen weist die rechte Lunge drei Lappen auf und die linke Lunge
weist zwei Lappen auf. Lungen sind in allen Säugetieren paarig, jedoch ändert sich
die Anzahl der Lappen oder Abschnitte der Lungen von Säugetier
zu Säugetier.
Gesunde Lungen, wie hiernach diskutiert, haben eine gewaltige Oberfläche für den Gas/Luftaustausch.
Sowohl die linke als auch die rechte Lunge ist mit einer Brustfellmembran
abgedeckt. Im wesentlichen bildet die Brustfellmembran um jede Lunge
einen kontinuierlichen Sack, der die Lunge einschließt. Eine
Brustfellmembran bildet auch eine Auskleidung für den Brustkorb. Der Raum zwischen
der Brustfellmembran, welche die Auskleidung des Brustraumes bildet, und
den Brustfellmembranen, die die Lungen einschließen, wird als der pleurale
Hohlraum bezeichnet. Der pleurale Hohlraum weist einen Film aus
Fluid auf, das als Schmiermittel zwischen den Lungen und der Brustwand
dient.
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In
den Lungen verzweigen sich die Bronchien in eine Vielzahl kleinerer
Gefäße, die
als Bronchiolen bezeichnet werden. Typischerweise gibt es mehr als
eine Million Bronchiolen in jeder Lunge. Jede Bronchiole endet in
einer Ansammlung extrem kleiner Luftsäcke, die als Alveolen bezeichnet
werden. Eine extrem dünne
Einzelschicht aus Epithelzellen, die jede Alveolenwand auskleidet,
und eine extrem dünne
Einzelschicht aus Epithelzellen, die die Kapillarwände auskleiden,
trennen die Luft/dasGas in der Alveole von dem Blut. Sauerstoffmoleküle in höherer Konzentration
treten durch einfache Diffusion durch die beiden dünnen Schichten
aus den Alveolen in das Blut in den Lungenkapillaren. Ähnlich treten
Kohlendioxidmoleküle
in höherer
Konzentration durch einfache Diffusion durch die beiden dünnen Schichten
aus dem Blut in den Lungekapillaren in die Alveolen.
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Atmen
ist ein mechanischer Prozeß,
der Einatmen und Ausatmen umfaßt.
Der Brustkorb ist normalerweise ein geschlossenes System, und Luft kann
nicht in die Lungen eintreten oder sie verlassen, außer durch
die Luftröhre.
Wenn die Brustwand etwas geschädigt
ist und Luft/Gas in den pleuralen Hohlraum eintritt, werden die
Lungen typischerweise zusammenfallen. Wenn das Volumen des Brustkorbes
durch die Kontraktion des Zwerchfells vergrößert wird, wird das Volumen
der Lungen auch vergrößert. Wenn
das Volumen der Lungen zunimmt, fällt der Druck der Luft in den
Lungen leicht unterhalb des Druckes der Luft außerhalb des Körpers (Umgebungsluftdruck).
Demgemäß, als ein
Ergebnis des leichten Druckdifferenzials strömt äußere oder Umgebungsluft durch
die Atemwege, die oben beschrieben sind, und fällt die Lungen, bis der Druck
sich ausgeglichen hat. Dieser Prozeß ist das Einatmen. Wenn das
Zwerchfell entspannt wird, nimmt das Volumen des Brustkorbs ab,
was wiederum das Volumen der Lungen verkleinert. Wenn sich das Volumen
der Lungen verkleinert, steigt der Druck der Luft in den Lungen
leicht über
den Druck der Luft außerhalb
des Körpers.
Demgemäß, als ein
Ergebnis dieses leichten Druckdifferenzials, wird die Luft in den
Alveolen durch die Atemwege ausgestoßen, bis sich der Druck ausgleicht.
Dieser Prozeß ist
das Ausatmen.
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Fortgesetzte
Verletzung am Atemsystem kann zu verschiedenen Krankheiten führen, zum
Beispiel chronischer obstruktiver Lungenkrankheit. Chronische obstruktive
Lungenkrankheit ist eine dauernde Verengung der Luftwege, hervorgerufen
durch chronische Bronchitis und Lungenemphysem. Allein in den Vereinigten
Staaten leiden ungefähr
14 Millionen Menschen an einer Form chronischer obstruktiver Lungenkrankheit,
und es ist eine der oberen zehn führenden Todesursachen.
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Chronische
Bronchitis und akute Bronchitis haben bestimmte Eigenschaften gemeinsam,
jedoch sind sie unterschiedliche Krankheiten. Sowohl die chronische
als auch die akute Bronchitis umfassen die Entzündung und Verengung der Bronchienröhren und
Bronchiolen; jedoch ist die akute Bronchitis im allgemeinen mit
einer Virus- und/oder bakteriellen Infektion verbunden und ihre
Dauer ist typischerweise viel kürzer
als bei chronischer Bronchitis. Bei chronischer Bronchitis sondern
die Bronchienröhren
zu viel Schleim als Teil des Verteidigungsmechanismus des Körpers auf
eingeatmete Fremdsubstanzen ab. Schleimhautmembranen mit Zilienzellen
(haarähnliche
Strukturen) kleiden die Luftröhre
und Bronchien aus. Die Zilienzellen oder Zilien schieben oder streifen
kontinuierlich den Schleim, der von den Schleimmembranen abgesondert
wird, in eine Richtung weg von den Lungen und in den Rachen, wo
er periodisch ausgestoßen
wird. Diese Wischwirkung der Zilien arbeitet so, daß Fremdstoffe
daran gehindert werden, die Lungen zu erreichen. Fremdstoffe, die
nicht von der Nase und dem Kehlkopf gefiltert werden, wie oben beschrieben,
werden in den Schleim eingefangen und werden durch die Zilien in
den Rachen ausgestoßen.
Wenn zu viel Schleim abgesondert wird, können die Zilienzellen beschädigt werden,
was zu einem Abnehmen im Wirkungsgrad der Zilien beim Auswischen
der Bronchialröhren
und der Luftröhre des
Schleims, der die Fremdstoffe enthält, führt. Dies wiederum bewirkt,
daß die
Bronchiolen sich zusammenziehen und entzünden, und der Mensch wird kurzatmig.
Zusätzlich
wird der Mensch einen chronischen Husten entwickeln, als ein Mittel
zu versuchen, die Luftwege von übermäßigem Schleim
zu reinigen.
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Personen,
die an chronischer Bronchitis leiden, können Lungenemphyseme entwickeln.
Lungenemphysem ist eine Krankheit, bei dem die Alveolenwände, die
normalerweise recht starre Strukturen sind, zerstört werden.
Die Zerstörung
der Alveolenwände
ist nicht umkehrbar. Lungenemphysem kann durch eine Anzahl von Faktoren
hervorgerufen werden, einschließlich
chronischer Bronchitis, Langzeitaussetzen eingeatmeter irritierender
Stoffe, z.B. Luftverunreinigungen, welche die Zilien schädigen, Enzymmangel
und andere pathologische Zustände. Beim
Lungenemphysem verlieren die Alveolen der Lungen ihre Elastizität, und schließlich werden
die Wände
zwischen benachbarten Alveolen zerstört. Demgemäß, wenn mehr und mehr Alveolenwände verloren
gehen, wird der Luftaustausch (Sauerstoff und Kohlendioxid) -Oberfläche der
Lungen verringert, bis der Luftaustausch ernsthaft verschlechtert wird.
Die Kombination übermäßiger Schleimabsonderung
und dynamischer Luftwegkompression sind Mechanismen der Luftstrombegrenzung
bei chronischer obstruktiver Lungen krankheit. Dynamische Luftwegkompression
ergibt sich aus dem Verlust von Haltekräften, die auf den Luftweg ausgeübt werden, aufgrund
der Verringerung der Elastizität
des Lungengewebes. Übermäßige Schleimabsonderung
ist oben in bezug auf Bronchitis beschrieben. Mit anderen Worten
führt der
Zusammenbruch des Lungengewebes zur verringerten Fähigkeit
der Lungen zurückzuspringen
und zum Verlust der radialen Unterstützung der Luftwege. Folglich
trägt der
Verlust des elastischen Zurückspringens
des Lungengewebes zum Unvermögen
der Mengen bei, vollständig
auszuatmen. Der Verlust der radialen Unterstützung der Luftwege erlaubt
es auch, daß ein
Kollapsphänomen während der
Ausatemphase der Atmung auftritt. Dieses Kollapsphänomen intensiviert
auch das Unvermögen
des Menschen, vollständig
auszuatmen. Wenn das Unvermögen,
vollständig
auszuatmen, zunimmt, nimmt das Restvolumen in den Lungen auch zu.
Dies bewirkt dann, daß die
Lungen einen übermäßig aufgeblähten Zustand
einnehmen, in dem ein Mensch nur kurze flache Atmung vornehmen kann. Im
wesentlichen wird Luft nicht effektiv ausgestoßen, und verbrauchte Luft sammelt
sich in der Lunge. Wenn sich die verbrauchte Luft einmal in der
Lunge sammelt, mangelt es dem Menschen an Sauerstoff. Es gibt keine
Heilung für
Lungenemphysem, nur verschiedene Behandlungen, einschließlich Training, medikamentöse Therapie
sowie bronchienerweiternde Mittel, Chirurgie zur Lungenvolumenreduktion
und Langzeitsauerstofftherapie.
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Wie
oben beschrieben wird die Langzeitsauerstofftherapie weithin als
die Standardbehandlung für
Hypoxie akzeptiert, die durch eine chronische obstruktive Lungenkrankheit
hervorgerufen ist. Typischerweise wird die Sauerstofftherapie vorgeschrieben,
indem eine Nasenkanüle
verwendet wird. Es gibt Nachteile, die damit verbunden sind, daß man die
Nasenkanüle
einsetzt. Ein Nachteil, der mit dem Einsatz der Nasenkanüle verbunden
ist, ist der beträchtliche
Verlust an Sauerstoff zwischen der Kanüle und der Nase, was wiederum
häufigere
Wechsel in der Sauerstoffquelle gleichzusetzen ist, oder eine höhere Energieanforderung,
um mehr Sauerstoff zu erzeugen. Ein weiterer Nachteil, der mit dem
Einsatz der Nasenkanüle
verbunden ist, ist die Tatsache, daß die Kanülen bewirken können, daß die Nasendurchlässe trocken,
rissig und wund werden.
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Transtracheale
Sauerstofftherapie ist eine wertvolle Alternative zur Langzeitsauerstofftherapie geworden.
Transtracheale Sauerstofftherapie liefert Sauerstoff direkt in die
Lungen, wobei ein Katheter benutzt wird, der durch und die Lungenröhre hinunter angeordnet
wird. Wegen der direkten Natur der Sauerstoffzufuhr wird eine Anzahl
von Vorteilen erreicht. Diese Vorteile umfassen geringere Sauerstoffanforderungen
aufgrund des größeren Wirkungsgrades, verbesserte
Mobilität,
größere Trainingsmöglichkeiten
und ein verbessertes Selbstbild.
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Die
US 5,230,332 diskutiert
einen mikrotracheales Katheter, der in die Kehle eingesetzt und
mit einer Sauerstoffquelle verbunden werden kann, was die Einführung von
Sauerstoff direkt in die Lungen eines Patienten ermöglicht.
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Das
Langzeitsauerstofftherapie-System der vorliegenden Erfindung kann
eingesetzt werden, um Sauerstoff direkt in das Lungengewebe zu liefern,
um den Wirkungsgrad des Sauerstoffübertrags in den Lungen zu optimieren.
Mit anderen Worten kann ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden,
so als ob Sauerstoff direkt in das Alveolengewebe in den Lungen
geliefert wird. Beim Emphysem sind die Wellen der Alveolen zerstört, was
somit eine Abnahme der Oberfläche
für den
Luftaustausch bewirkt. Je mehr Alveolenwände zerstört sind, wird der Widerstand
gegen kollaterale Beatmung abgesenkt. Mit anderen Worten bewirkt
das Lungenemphysem eine Zunahme der kollateralen Beatmung und zu
einem bestimmten Ausmaß bewirkt
auch chronische Bronchitis eine Zunahme in der kollateralen Beatmung.
Im wesentlichen ist bei einer emphysematösen Lunge der Kommunikationsstrom
der Luft zwischen benachbarten Luftsäcken (Alveolen), bekannt als
kollaterale Beatmung, viel mehr vorherrschend im Vergleich zu einer
normalen Lunge. Da Luft aus den ursprünglichen Luftwegen aufgrund
des Verlustes an elastischer Rückstellung
des Gewebes und radialem Unterstützen
der Luftwege (dynamischer Kollaps während des Ausatmens) nicht
ausgestoßen
werden kann, hilft eine Zunahme der kollateralen Beatmung einem
Menschen nicht wesentlich beim Atmen. Der Mensch entwickelt Dsypnea.
Demgemäß, wenn
festgestellt werden kann, wo die kollaterale Beatmung auftritt,
dann kann das verletzte Lungengewebe isoliert und der Sauerstoff
zu diesem präzisen
Ort oder den Orten geliefert werden. Verschiedene Verfahren können eingesetzt
werden, um die Orte des verletzten Gewebes zu bestimmen, z. B. computerisierte axiale
Tomographie oder CAT-Scans, Magnetresonanzabbildung oder MRI, Positronenemissionstomographie
oder PET und/oder standardmäßige Röntgenabbildung.
Wenn einmal das geschädigte
Gewebe lokalisiert ist, kann unter Druck stehender Sauerstoff direkt
an diese geschädigten
Bereiche geliefert werden und effektiver und effizienter in das
Lungengewebe für
den Luftaustausch gezwungen werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Langzeitsauerstofftherapiesystem zur Verfügung gestellt.
Das Langzeitsauerstofftherapiesystem weist eine Sauerstoffversorgung,
ein Ventil, eine erste Leitung, welche ein erstes Ende, das mit
der Sauerstoffversorgung verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit
dem Ventil verbunden ist, auf, wenigstens eine zweite Leitung, welche
ein erstes Ende, das mit dem Ventil verbunden ist, und ein zweites
Ende, das mehrere Abzweigungen aufweist, umfaßt, wobei eine der Abzweigungen
dazu dient, durch die Brustwand und Lunge eines Patienten zu laufen,
wodurch Fluidkommunikation zwischen der Sauerstoffversorgung und dem
inneren Lungenvolumen hergestellt wird, und wobei eine weitere der
Abzweigungen dazu dient, durch eine Bronchie des Patienten zu laufen,
wodurch Fluidkommunikation zwischen der Sauerstoffversorgung, dem
inneren Lungenvolumen und der Bronchie hergestellt wird, auf, sowie
Dichtungsvorrichtungen, welche mit den mehreren Abzweigungen verbunden
sind, wobei die Dichtungsvorrichtungen dazu dienen, eine fluiddichte
Dichtung zwischen der einen der Abzweigungen, die durch die Brustwand und
Lunge des Patienten läuft,
und der Brustwand und eine fluiddichte Dichtung zwischen der anderen der
Abzweigungen, die durch eine Bronchie des Patienten läuft, und
der Brustwand des Patienten zu liefern.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einem Verfahren zum Behandlung hypoxämischer
Patienten mit chronischer obstruktiver Lungenkrankheit eingesetzt
werden. Das Verfahren weist das Erzeugen einer anastomotischen Öffnung auf,
die sich von der Brustwand in das innere Volumen einer Lunge erstreckt,
das Zuführen
von Sauerstoff von einer Quelle direkt in das Alveolengewebe einer
Lunge durch eine Leitung, die sich von der Sauerstoffquelle und
in die Lunge durch die anastomotische Öffnung erstreckt, und das Einrichten
einer fluiddichten Dichtung zwischen der anastomotischen Öffnung und
der Leitung.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einem Verfahren zum Behandlung hypoxämischer
Patienten mit chronischer obstruktiver Lungenkrankheit eingesetzt
werden. Das Verfahren weist das Erzeugen einer anastomotischen Öffnung auf,
die sich von der Brustwand und in das innere Volumen einer Lunge erstreckt,
das Zuführen
von Sauerstoff von einer Quelle direkt in Alveolengewebe einer Lunge
durch eine Leitung, die sich von der Sauerstoffquelle und in die
Lunge durch die anastomotische Öffnung
erstreckt, das Einrichtung einer fluiddichten Dichtung zwischen
der anastomotischen Öffnung
und der Leitung und das Einströmenlassen
von Luft aus der Lunge in die Bronchie durch eine zweite Leitung.
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Das
Langzeitsauerstofftherapiesystem der vorliegenden Erfindung liefert
Sauerstoff direkt an geschädigte
Stellen in der Lunge eines Patienten. Langzeitsauerstofftherapie
ist weithin ak zeptiert als die Standardbehandlung für Hypoxie,
die durch chronische obstruktive Lungenkrankheit hervorgerufen ist, z.
B. Lungenemphysem. Lungenemphysem ist eine chronische obstruktive
Lungenkrankheit, bei der die Alveolen der Lungen ihre Elastizität verlieren
und die Wände
zwischen benachbarten Alveolen zerstört werden. Wenn mehr und mehr
Alveolenwände
verloren gehen, wird die Luftaustauschfläche der Lungen verringert,
bis der Luftaustausch ernsthaft verschlechtert wird. Die Kombination
der übermäßigen Absonderung
von Schleim und dynamischer Luftkompression ist ein Mechanismus
der Luftstrombegrenzung bei der chronischen obstruktiven Lungenkrankheit.
Dynamische Luftkompression ergibt sich aus dem Verlust der Bindekräfte, die
auf den Luftweg aufgrund der Verringerung der Elastizität des Lungengewebes
ausgeübt
werden. Im wesentlichen sammelt sich verbrauchte Luft in den Lungen,
wodurch dem Menschen Sauerstoff entzogen wird. Verschiedene Verfahren
können
benutzt werden, um den Ort oder die Orte an geschädigtem Gewebe
zu bestimmen, z. B. computerisierte axiale Tomographie oder CAT-Scans,
Magnetresonanzabbildung oder MRI, Positronenemissionstomographie
oder PET und/oder standardmäßige Röntgenstrahlenabbildung.
Wenn einmal der Ort oder die Orte des geschädigten Gewebes bestimmt sind,
werden anastomotische Öffnungen
in den Brustkorb und die Lunge oder Lungen gelegt, und eine oder
mehrere sauerstofftransportierende Leitungen werden darin angeordnet und
abgedichtet. Die eine oder die mehreren sauerstofftransportierenden
Leitungen werden mit einer Sauerstoffquelle verbunden, welche Sauerstoff
unter erhöhtem
Druck direkt zu einem geschädigten
Bereich oder Bereichen der Lunge oder der Lungen zuführt. Der
unter Druck stehende Sauerstoff ersetzt im wesentlichen die gesammelte
Luft und wird somit leichter von dem Alveolengewebe absorbiert.
Zusätzlich
kann das Langzeitsauerstofftherapiesystem in einer solchen Weise
konfiguriert werden, daß eine
kollaterale Beatmungsumgehung zusätzlich zu der direkten Sauerstofftherapie
zur Verfügung
gestellt wird. Bei dieser Konfiguration kann eine zusätzliche
Leitung zwischen die Hauptleitung und die Bronchien des Einzelnen
mit der geeigneten Ventilanordnung verbunden werden. Bei dieser
Konfiguration kann verbrauchte Luft durch die Luftröhre entfernt
werden, wenn der Mensch ausatmet, da die Luftröhre direkt mit den kranken
Stellen der Lunge über
die Leitungen verbunden ist.
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Das
Langzeitsauerstofftherapie-System der vorliegenden Erfindung verbessert
den Wirkungsgrad des Sauerstoffübertrags
in den Lungen, was somit die Sauerstoffzufuhranforderungen verringert, was
wiederum die medizinischen Kosten beim Patienten reduziert. Das
System erlaubt auch ein verbessertes Selbstbild, verbesserte Mobilität, größere Trainingsmöglichkeiten,
und wird leicht gewartet.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 eine
schematisches Schaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform
des Langzeitsauerstofftherapiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 ein
schematisches Schaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform
einer Dichtvorrichtung ist, die im Zusammenhang mit dem Langzeitsauerstofftherapiesystem
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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3 ist
ein schematisches Schaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
einer Dichtvorrichtung, die in Verbindung mit dem Langzeitsauerstofftherapiesystem
der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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4 ist
ein schematisches Schaubild einer dritten beispielhaften Ausführungsform
einer Dichtvorrichtung, die im Zusammenhang mit dem Langzeitsauerstofftherapiesystem
der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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5 ist
ein schematisches Schaubild einer vierten beispielhaften Ausführungsform
einer Dichtvorrichtung, die im Zusammenhang mit dem Langzeitsauerstofftherapiesystem
der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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6 ist
ein schematisches Schaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
des Langzeitsauerstofftherapiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 ein erstes
beispielhaftes Langzeitsauerstofftherapiesystem 100. Das
System 100 weist eine Sauerstoffquelle 102, eine
sauerstofftransportierende Leitung 104 und ein Einwegventil 106 auf.
Die Sauerstoffquelle 102 kann irgendeine geeignete Vorrichtung
zum Zuführen
von gefiltertem Sauerstoff unter einstellbar regulierten Drücken und
Strömungsraten
aufweisen, einschließlich
unter Druck stehender Sauerstoffbehälter, Flüssigsauerstoffbehälter, Sauerstoffkonzentriervorrichtungen
und den zugeordneten Vorrichtungen zum Steuern von Druck und Strömungsrate,
z. B. Regulatoren. Die sauerstofftransportierende Leitung 104 kann
irgendein biokompatibles Schlauchsystem mit einem hohen Widerstand
gegen Beschädigungen,
die durch die kontinuierliche Einwirkung von Sauerstoff hervorgerufen
werden, aufweisen. Die sauerstofftransportierende Leitung 104 weist
ein Schlauchwerk mit einem Innendurchmesser in dem Bereich von 1.6
mm bis ungefähr
12.7 mm (0.0625 Zoll bis ungefähr
0.5 Zoll) und weiter bevorzugt von ungefähr 3.2 bis 6.4 mm (0.125 Zoll
bis ungefähr
0.25 Zoll) auf. Das Einwegventil 106 kann irgendein geeignetes
zwischengeschaltetes mechanisches Ventil aufweisen, das es ermöglicht,
daß Sauerstoff
in die Lungen 108 durch die sauerstofftransportierende
Leitung 104 strömt,
jedoch nicht von den Lungen 108 zurück in die Sauerstoffquelle 102. Zum
Beispiel kann ein einfaches Rückschlagventil benutzt
werden. Wie in 1 veranschaulicht, läuft die
sauerstofftransportierende Leitung 104 durch die Lunge 108,
an der Stelle, von der festgestellt worden ist, daß sie den
höchsten
Grad an kollateraler Beatmung hat.
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Das
beispielhafte System 100, das oben beschrieben ist, kann
in einer Anzahl von Wegen abgeändert
werden, einschließlich
des Einsatzes eines zwischengeschalteten Filters. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform
können
sowohl Sauerstoff als auch Luft durch das System strömen. Mit
anderen Worten wird während
des Einatmens Sauerstoff an die Lungen durch die sauerstofftragende
Leitung 104 geliefert, und während des Ausatmens strömt Luft aus
den Lungen durch die sauerstofftransportierende Leitung 104.
Der zwischengeschaltete Filter würde Schleim
und andere Verunreinigungen einfangen, so daß ein Blockieren in der Sauerstoffquelle 102 verhindert
wird. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform würde kein
Ventil 106 benutzt werden.
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Damit
das beispielhafte Langzeitsauerstofftherapiesystem 100 richtig
arbeitet, wird eine luftdichte Dichtung bevorzugt eingehalten, wo
die sauerstofftransportierende Leitung 104 durch den Brustkorb und
die Lunge verläuft.
Diese Dichtung wird aufrechterhalten, um die Aufblasfunktionalität der Lungen
zu unterstützen.
Wenn die Dichtung aufgebrochen wird, kann Luft in den Korb eintreten
und bewirken, daß die Lungen
kollabieren, wie es oben beschrieben ist.
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Ein
Verfahren, diese Dichtung zu erzeugen, weist das Bilden von Haftstellen
zwischen der visceralen Pleura der Lunge und den Innenwänden des Brustkorbes
auf. Dies kann erreicht werden, indem entweder chemische Verfahren
benutzt werden, einschließlich
Reizerregern, so wie Doxyzyklin und/oder Bleomyzin, chirurgische
Verfahren, einschließlich Pleurektomie
oder thorakoskopische Talk-Pleurodese oder strahlentherapeutische
Verfahren, einschließlich
radioaktivem Gold oder externe Strahlung. All diese Verfahren sind
in der relevanten Technik zum Erzeugen von Pleurodese bekannt. Wenn eine
Dichtung an der Stelle für
die Umgehung der Beatmung erzeugt ist, kann eine Intervention sicher durchgeführt werden,
ohne die Gefahr des Erzeugens eines Pneumothorax der Lunge.
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Ähnlich Ostomietaschen
oder -beuteln kann die sauerstofftransportierende Leitung 104 zur
Haut an der Stelle der Beatmungsumgehung abgedichtet sein. Bei einer
beispielhaften Ausführungsform,
in 2 veranschaulicht, kann die sauerstofftransportierende
Leitung 104 zu der Haut der Brustwand abgedichtet werden,
indem ein Klebmittel benutzt wird. Wie veranschaulicht weist die
sauerstofftransportierende Leitung 104 einen Flansch 200 mit
einem bioverträglichen
Klebmittelüberzug
auf der Hautberührungsoberfläche auf.
Das biokompatible Klebmittel würde
eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Flansch 200 und
der Haut oder Epidermis der Brustwand zur Verfügung stellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
bildet das bioverträgliche
Klebmittel eine zeitweilige fluiddichte Dichtung, so daß die sauerstofftransportierende
Leitung 104 von der Umgehungsstelle der Beatmung abgenommen
werden kann. Dies würde
es ermöglichen,
daß die
Stelle gereinigt wird und daß das
Langzeitsauerstofftherapiesystem 100 periodische Wartung
erfährt.
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3 veranschaulicht
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
zum Abdichten der sauerstofftransportierenden Leitung 104 zur
Haut der Brustwand an der Stelle der Beatmungssumgehung. Bei dieser
beispielhaften Ausführungsform
wird eine Koppelplatte 300 an der Haut an der Stelle der
Ventilationsumgehung durch einen bioverträglichen Klebmittelüberzug oder
irgendeine andere geeignete Einrichtung abgedichtet. Die sauerstofftransportierende Leitung 104 wird
dann mit der Koppelplatte 300 durch irgendeine geeignete
Einrichtung abgedichtet, einschließlich Gewindekopplungen und
Blockierringen. Die beispielhafte Ausführungsform ermöglicht auch das
Reinigen der Stelle und die Wartung des Systems 100.
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4 veranschaulicht
noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Abdichtens der
sauerstofftransportierenden Leitung 104 an der Haut der Brustwand
an der Stelle der Beatmungsumgehung. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
können Ballonflansche 400 benutzt
werden, um die Dichtung zu erzeugen. Die Ballonflansche 400 können an
der sauerstofftransportierenden Leitung 104 derart befestigt
werden, daß im
nicht aufgeblasenen Zustand die sauerstofftransportierende Leitung 104 und
einer der Ballonflansche durch die Anastomose der Ventilationsumgehung
verläuft.
Die Ballonflansche 400 sind eine ausreichende Entfernung
beabstandet, so daß die
Ballonflansche auf den gegenüberliegenden Seiten
der Brustwand bleiben. Wenn sie aufgeblasen werden, dehnen sich
die Ballons aus und bilden eine fluiddichte Dichtung, indem die
Brustwand eingeschlossen wird. Wiederum ermöglicht diese beispielhafte
Ausführungsform
das einfache Entfernen der sauerstofftransportierenden Leitung 104.
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5 veranschaulicht
noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Abdichtens der
sauerstofftransportierenden Leitung 104 an der Haut der Brustwand
an der Stelle der Beatmungsumgehung. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
wird ein einzelner Ballonflansch 500 in Kombination mit
einem festen Flansch 502 benutzt. Der Ballonflansch 500 wird
mit der sauerstofftransportierenden Leitung 104 in derselben
Weise wie oben beschrieben verbunden. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform bildet
der Ballonflansch 500, wenn er aufgeblasen wird, die fluiddichte
Dichtung. Der feste Flansch 502, welcher gegen die Haut
der Brustwand gehalten wird, bildet die strukturelle Stütze, gegen
die der Ballon Druck ausübt,
um die Dichtung zu bilden.
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Wenn
ein Mensch Schwierigkeiten hat, auszuatmen, und zusätzlichen
Sauerstoff braucht, kann die kollaterale Beatmungsumgehung mit direkter Sauerstofftherapie
kombiniert werden. 4 veranschaulicht eine beispielhafte
Ausführungsform
eines kollateralen Ventila-Beatmungsumgehungs/direkten Sauerstofftherapiesystems 600.
Das System 600 weist eine Sauerstoffquelle 602 auf,
eine sauerstofftransportierende Leitung 604 mit zwei Zweigen 606 und 608 und
ein Steuerventil 610. Die Sauerstoffquelle 602 und
die sauerstofftransportierende Leitung 604 können Komponenten ähnlich der
oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht
ist, aufweisen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform, wenn der Mensch
einatmet, ist das Ventil 610 offen und Sauerstoff strömt in die
Lunge 612 und in das Bronchialrohr 614. Bei einer
alternativen beispielhaften Ausführungsform kann
die Abzweigung 608 mit der Luftröhre 616 verbunden
werden. Demgemäß strömt während des Einatmens
Sauerstoff zu der verletzten Stelle in der Lunge oder den Lungen
und zu anderen Teilen der Lunge durch die normalen Bronchienpassagen. Während des
Ausatmens wird das Ventil 610 geschlossen, so daß kein Sauerstoff
zugeführt
wird und Luft in dem verletzten Bereich der Lunge aus der Lunge 612 durch
eine Abzweigung 606 und in die zweite Abzweigung 608 und
schließlich
in das Bronchialrohr 616 strömen kann. Auf diese Weise wird verbrauchte
Luft entfernt und Sauerstoff wird direkt zugeführt.
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Die
Verbindung und Abdichtung der sauerstofftransportierenden Leitung 604 und
der Abzweigungen 606, 608 zu der Lunge 612 und
des Bronchialrohres 614 können in einer Weise ähnlich der,
wie sie oben beschrieben ist, vorgenommen werden.