-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Beschreibung betrifft eine Vorrichtung zum Anwenden
bzw. Anlegen eines pulsierenden Drucks auf einen lokalen Bereich
des Körpers
und Anwendungen davon. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um
den Blutfluss in einem lokalen Bereichs des Körpers zu erhöhen, und
in bevorzugten Ausführungsformen
wird eine Vorrichtung zum Regulieren der Kernkörpertemperatur eines Patienten
bereitgestellt.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
Anwendung von Druck und/oder thermischer Energie wird häufig verwendet,
um verschiedene medizinische Konditionen zu behandeln.
-
Es
ist bekannt, Ödeme
durch Anlegen von Druck auf das Körperglied mit dem Ödem zu behandeln.
Bspw. ist es bekannt, ein Glied bzw. ein Gliedmaß bzw. eine Extremität in einer
flexiblen Tasche in eine mit Quecksilber gefüllte Kammer einzuführen. Druck
wird über
die Quecksilberkammer ausgeübt, um
das Ödem
zu behandeln. Unlängst
wurde eine Verbesserung dieses Systems in der US-A-4 648 392 beschrieben,
um die in der Kammer benötigte
Menge Quecksilber zu verringern.
-
Die
kombinierte Anwendung von Druck und Temperatur wird in der US-A-5
074 285 zur Behandlung von Sportverletzungen wie bspw. blaue Flecken und
Muskelkater gelehrt. In diesem System werden thermische Quellen,
die heiß oder
kalt sein können, in
Taschen nahe der Haut des Trägers
eingeführt
und Druck wird auf eine Reihe von Lufttaschen, die entlang dem Körperglied
angeordnet sind und dazu ausgelegt sind, einen Druckgradienten wiederholt
auf das Körperglied
auszuüben,
angewendet.
-
Hypothermie
ist eine Kondition, die aus einem Abfall der Körpertemperatur resultiert und
in ihrem Grad entsprechend der Unterkühlungsmenge variiert. Viele
Methoden zum Behandeln von Hypothermie sind bereits bekannt. Im
allgemeinen umfassen diese das Zuführen von Wärme in den Kern des Körpers durch
ein beliebiges Mittel zum Anheben der Körperwärme. Einfache Behandlungen
können
in Form eines warmen Getränks
auftreten. Manchmal wird mittels Luftdecken warme Luft um den Körper geblasen.
Ein derartiges System ist in Krankenhäusern bereits stark verbreitet
und wird unter dem Namen Bair Hugger® vertrieben.
Das System beruht darauf, die Peripherie bzw. den Außenbereich
des Körpers
zu erwärmen
und den Blutfluss des Patienten dazu zu verwenden, die Wärme in das
Innerer des Körpers
zu ziehen.
-
Eine
der ersten physiologischen Reaktionen auf Hypothermie ist periphere
Vasokonstriktion, die die Menge von Blut in der Peripherie des Körpers verringert.
Dies kann es schwierig machen, Wärme
in den Körper
durch Anlegen von Wärme
auf die Körperoberfläche einzuführen. Es
ist bekannt, dass Gefäße, einschließlich Kapillaren,
Arteriolen, Arterien, Venolen und Venen, dazu veranlaßt werden
können, unter
Bedingungen negativen Drucks zu vasodilatieren. Vasodilatierte Hautbereiche,
insbesondere auf dem Unterarm, können
effiziente Wärmeübertragungsflächen darstellen.
-
Ein
System, bei dem negativer Druck auf ein Körperglied angelegt wird, um
periphere Vasokonstriktion zu reduzieren, während die Peripherie des Patienten
zur Behandlung der Hypothermie erwärmt wird, wird in der US-A-5
683 438 gelehrt und unter der Marke Thermostat® von
Aquarius Medical Corp. verkauft. In diesem System wird ein Körperglied
des Patienten in einer abgedichteten Kammer angeordnet und der Druck
in der Kammer wird auf einen negativen Druck von zwischen –20 bis –80 mmHg
(–2,7 bis –10,7 kPa)
reduziert. Gleichzeitig wird Wärmeenergie
unter Verwendung einer Wärmedecke,
Wärmelampe
oder von chemischen Wärmeelementen
auf die Oberfläche
des Körperglieds übertragen.
Weitere Entwicklungen dieses Systems sind in der WO-A-01/80790 geschrieben.
-
Die
US-A-3 094 983 beschreibt ebenfalls eine ähnliche Vorrichtung, wobei
deren Offenbarung dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet im allgemeinen
eine Flüssigkeit,
um einen pulsierenden Druck auf einen lokalen Bereich des Körpers anzuwenden
bzw. anzulegen und dadurch den Blutfluss in einem lokalen Bereich
des Körpers zu
erhöhen.
Dies kann nützlich
sein bei der Bereitstellung therapeutischer Behandlungen an einem
Patienten, der an Konditionen oder Komplikationen leiden kann, die
von (aber nicht beschränkt
auf) Hypothermie, Hyperthermie, Schlaganfall, Herzanfall, andere
ischämische
Krankheiten, Neurochirurgie, Krebs und Magengeschwüre verursacht
sind. Des weiteren können
die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung therapeutische Vorzüge bereitstellen
durch Erhöhen
der Verteilung von Kontrastfluiden in einem lokalen Bereich des
Körpers,
durch Erhöhen
der Venenzirkulation, Erhöhen
der Lymphzirkulation, Ändern
der pharmakrologischen Verteilung von Medikamenten systematisch
und lokal aufgrund von lokal geändertem
Blutfluss und möglicher
Diffusion, Fördern
der Heilung von Gewebe durch erhöhten
Blutfluss, Erhöhen
von Antigen-Antikörper-Kontakt
durch erhöhten
Blutfluss, Lymphfluss und -diffusion, Erhöhen des Flusses von Substanzen
zwischen Gefäßen und
Zellen durch erhöhte
Diffusion.
-
In
verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung die Form einer Druckkammer
annehmen, in die ein Glied des Körpers
eingebracht werden kann, um es von Umgebungsbedingungen abzudichten.
Die Druckkammer verfügt
normalerweise über
Innenwände, die
zumindest teilweise ein Gefäß zum Halten
einer Flüssigkeit
definieren, wobei im Betrieb das Körperglied in eine in der Druckkammer
enthaltene Flüssigkeit
eingetaucht sein kann. Die Flüssigkeit
umgibt das und steht in Kontakt mit dem Körperglied, wobei eine Luftspalte
oberhalb der Flüssigkeit
in einem oberen Beriech des Gefäßes vorhanden
ist. Die Vorrichtung umfasst des weiteren ein Element, das mit dem oberen
Bereich des Gefäßes verbunden
ist, um den Druck oberhalb der Flüssigkeit zu variieren, um Druckpulse
in der Kammer zu erzeugen. Die durch die Druckänderung oberhalb der Flüssigkeit
erzeugten Druckpulse werden über
die Flüssigkeit
direkt auf das Körperglied übertragen.
-
Die
voranstehenden und weiteren Vorteile und kennzeichnenden Merkmale
der vorliegenden Erfindung und der Verfahren zum Verwenden der Vorrichtungen
der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann unter Bezugnahme
auf die folgende ausführliche
Beschreibung und die Zeichnungen in zunehmenden Maße klar.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnung
-
1 zeigt
ein Beispiel eines bevorzugten Geräts zum Anlegen eines pulsierenden
Drucks auf ein Körperglied.
-
2a bis 2e veranschaulichen
unterschiedliche Druckkurven, die abhängig von dem Zustand des Körpers verwendet
werden können.
-
3 zeigt
ein Diagramm mit der Blutgeschwindigkeit in der Brachialarterie über der
Zeit, das die Änderung
der Blutgeschwindigkeit bei eingeschaltetem und ausgeschaltetem
pulsierenden Druck veranschaulicht.
-
4 veranschaulicht
den Effekt, den Druckpulse auf die Blutgeschwindigkeit haben, für Pulse
von etwa 10 Sekunden (negativer Druck) gefolgt von Abbau und 7 Sekunden
ohne Druck (Normalisierung).
-
5 veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführungsform
des Geräts
in größerem Detail.
-
6a bis 6d veranschaulichen
weitere Aspekte im Detail der in dem Gerät der 5 verwendeten
Druckbeaufschlagungsvorrichtung.
-
7a bis 7c zeigen
wie die Druckanwendungsvorrichtung in der Lage ist, bei unterschiedlichen
Winkeln zu arbeiten.
-
8a bis 8d zeigen
eine bevorzugte Druckanwendungsvorrichtung zur Verwendung an einem
Unterschenkel und Fuß,
angelegt an einen Patienten.
-
9 zeigt
ein Beispiel einer weiteren Vorrichtung, die eine Grenzschicht zwischen
der Flüssigkeit
und der Haut des Patienten umfasst.
-
10 zeigt
einen Vergleich zwischen dem Einfluss, den die bevorzugte Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung auf die Kernkörpertemperatur im Vergleich
mit einer herkömmlichen
Vorrichtung während
einem chirurgischen Eingriff an einem Patienten haben kann.
-
11 zeigt
einen Vergleich der Blutgeschwindigkeiten eines einem pulsierenden
Druck ausgesetzten Arms und eines Vergleichsarms.
-
12 zeigt
einen Vergleich der Blutgeschwindigkeiten eines einem normalen,
konstanten und pulsierenden Druck ausgesetzten Arms und eines Vergleichsarms.
-
13 zeigt
die Änderung
der tympanischen Mittelohrtemperatur eines Patienten über der
Zeit während
einer Hyperthermiebehandlung.
-
Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
-
Die
Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind, verallgemeinert beschrieben,
generell Geräte
zum Anlegen eines pulsierenden negativen Drucks auf einen lokalen
Bereich des Körpers
gemäß Anspruch
1. Unterschiedliche Ausführungsformen dieser
Vorrichtungen weisen die Form einer Druckkammer auf, in die ein
Körperglied
plaziert werden kann, um es von Umgebungsbedingungen abzudichten.
Die Druckkammer dieser Ausführungsformen haben
im allgemeinen Innenwände,
die, zumindest teilweise, ein Gefäß zum Aufnehmen einer Flüssigkeit
definieren, wodurch im Betrieb das Körperglied in eine in der Druckkammer
enthaltene Flüssigkeit
eingetaucht werden kann, so dass die Flüssigkeit das Körperglied
umgibt und in Kontakt mit ihm steht, wobei ein Luftspalt oberhalb
der Flüssigkeit
in einem oberen Bereich des Gefäßes vorhan den
ist, wobei ein Element vorgesehen ist, das mit dem oberen Bereich
des Gefäßes verbunden
ist, um den Druck oberhalb der Flüssigkeit zu variieren, um so
Druckpulse innerhalb der Kammer zu erzeugen, und wobei die Druckpulse über die
Flüssigkeit
auf das Körperglied übertragen
werden. Mit anderen Worten sind diese Vorrichtungen dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckkammer keine zusätzlichen
Mittel (bspw. eine wassergetränkte
Matte) zum Separieren der Flüssigkeit
von der Oberfläche
des Glieds umfasst. Dadurch wird eine vereinfachte Bauweise als
diejenige, die in den Geräten
des Standes der Technik verwendet wird, ermöglicht, wodurch sich die Herstellungskosten
reduzieren. Die Gefäßwände sind
vorzugsweise die Innenwände
der Druckkammer, d.h. die Einrichtung von zusätzlichen Flüssigkeitsbegrenzungsflächen oder
-kammern wird vermieden, wodurch die Bauweise des Geräts einfach
bleibt.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein pulsierender negativer Druck
in der Kammer erzeugt, und vorzugsweise ist die Pulsfrequenz niedriger
als der Herzschlag des Subjekts. Indem man die Periode der Pulse
länger
macht als den Puls des Herzes wurde gefunden, dass der Blutkreislauf
durch den Einfluss des angelegten rhythmischen Drucks verbessert
werden kann. Im allgemeinen sollten die Pulse nicht länger sein
als eine Sekunde, vorzugsweise in der Größenordnung von fünf oder
mehr Sekunden, jedoch vorzugsweise weniger als zwanzig Sekunden.
Es ist festzuhalten, dass die Periode der Pulse auch variieren kann.
Tatsächlich treibt
der pulsierende Druck den Blutfluss in ähnlicher Weise wie eine Pumpe.
Dies kann allgemein dadurch verursacht werden, dass sich die Venen
und Arterien unter der Beaufschlagung des variierenden Druckes mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten weiten und zusammenziehen. Ein
Abfall im Druck verursacht einen lokalen venösen Zusammenschluss von Blut, das
dann durch das Netzwerk von Venen gedrückt wird, wenn sich der Druck
erhöht,
wodurch der lokale Blutkreislauf verbessert wird. Daher stellt die
vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erhöhen des Blutflusses in einem
lokalen Bereich eines Körpers durch
das Anlegen eines pulsierenden Drucks auf eine Hautfläche bereit.
Auch andere gesundheitliche Vorzüge
können
sich hieraus ergeben.
-
Durch
den direkten Kontakt der Flüssigkeit, die
vorzugsweise Wasser ist, gibt es eine gute Übertragung der Druckpulse auf
die Haut. Die Erfindung stellt ein Gerät bereit, das einfach und leicht
herzustellen ist und dennoch Verbesserungen gegenüber den
voranstehend besprochenen Vorrichtungen hinsichtlich des erreichbaren
verbesserten lokalen Blutflusses bereitstellt. Die Verwendung von
Flüssigkeiten,
wie bspw. Wasser, als Übertragungsmedium
der Druckpulse bedeutet, dass sich die Flüssigkeit in direktem Kontakt
mit der Haut befinden kann, ohne unangemessene Gesundheitsrisiken
darzustellen.
-
In
der vorliegenden Erfindung wird die Flüssigkeit in der Vorrichtung
und um die Oberfläche
des Glieds (d.h. in direktem Kontakt mit der Haut) zirkuliert. Auf
diese Weise kann die Temperatur der Flüssigkeit eingestellt werden,
um die Temperatur des Blutes in den Oberflächenschichten des Glieds zu beeinflussen.
Das Zirkulieren der Flüssigkeit
gestattet eine akkurate Steuerung der Temperatur.
-
Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat die Form einer Druckkammer,
in der ein Flüssigkeitsfluss
erzeugt werden kann. Die Kammer weist eine Öffnung zum Einführen eines
Glieds in die Kammer auf, um dieses in den in der Kammer bereitgestellten
Flüssigkeitsfluss
einzutauchen. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit innerhalb der Kammer
in Kontakt mit der Oberfläche
des Glieds zirkuliert. Die Vorrichtung ist mit einem Element oder
Mitteln zum gleichzeitigen Erzeugen von Druckpulsen innerhalb der
Kammer versehen und übt
dadurch einen pulsierenden Druck auf die Oberfläche des Glieds aus, während das
Glied in den Flüssigkeitsfluss
eingetaucht ist.
-
Insbesondere
umfassen die Vorrichtungen zum Anlegen eines pulsierenden Drucks
in unterschiedlichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse, das eine Druckkammer mit Wänden und
einer Öffnung
zur Aufnahme eines Glieds definiert. Eine Dichtung zum Abdichten
der Kammer gegenüber
Umgebungsbedingungen ist vorgesehen, wobei die Dichtung um die Öffnung herum
zur dichtenden Aufnahme des Glieds angeordnet ist. Durch eine Wand
der Kammer kann eine Verbindung Vorgesehen sein, um die Kammer mit
einer Druckquelle zu verbinden, die einen von Atmosphärendruck
abweichenden Druck hat, um den Druck innerhalb der Kammer zu regulieren.
Ein Einlass und ein Auslass können
in dem Gehäuse
zum Einführen und
Ablassen einer Flüssigkeit
in die bzw. aus der Kammer vorgesehen sein. Vorzugsweise stehen
der Einlass und der Auslass über
einen Flüssigkeitspfad miteinander
in Verbindung, der durch die Innenwände der Kammer und die Oberfläche des
Glieds, wenn es in die Kammer eingeführt ist, definiert ist, so
dass im Betrieb Flüssigkeit
von dem Einlass in die Kammer fließt, um die Oberfläche des
Glieds und in Kontakt mit dieser zirkuliert und dann über den
Auslass abgelassen wird.
-
In
unterschiedlichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weist die in Kontakt mit der Haut befindliche
Flüssigkeit
eine Temperatur auf, die von derjenigen der Kernkörpertemperatur
abweicht. Demzufolge ist die Flüssigkeit
ein thermisches Übergangsmedium,
das Wärme
in den oder aus dem Körper überträgt, abhängig davon,
ob es eine heißere oder
bzw. kältere
Temperatur als die Kernkörpertemperatur aufweist.
Die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums
bzw. Wärmetransfermediums
und die Wärmetransferrate
können
ausreichend sein, um die Kernkörpertemperatur
bei einer bestimmten Temperatur, bspw. normale Körpertemperatur, oder innerhalb
von einem oder von 2 Grad auf jeder Seite der bestimmten Temperatur
zu halten. Die Temperatur des Wärmetransfermediums
und die Wärmetransferrate
können
auch größer sein,
um so eine Änderung der
Kernkörpertemperatur
des Subjekts, bspw. einem Patienten, zu bewirken.
-
Es
wird somit ein Gerät
zum Regulieren der Kernkörpertemperatur
bereitgestellt, das eine simultane Beaufschlagung eines Hautabschnitts
auf einem Körper
mit einem Transfermedium für
Wärmeenergie
und einem pulsierenden Druck umfasst, wobei das Transfermedium für Wärmeenergie
eine Flüssigkeit
ist und die Flüssigkeit
in direktem Kontakt mit der Haut steht. Der pulsierende Druck wird
auf die Haut mittels einer voranstehend beschriebenen Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung angelegt. Die Regulierung der Kernkörpertemperatur kann sowohl
in nichtmedizinischen als auch in medizinischen Applikationen nützlich sein.
-
Eine
Vielzahl von Vorteilen wird mit dieser Vorrichtung erzielt. Die
Bauweise ist deutlich einfacher als bei bekannten Geräten, die
auf eine Regulierung der Kernkörpertemperatur
abzielen. Der Wärmeenergietransfer
von der Flüssigkeit
auf die Oberfläche
des Glieds ist besser, weil es einen direkten Kontakt gibt und weil
es einen größeren Wärmetransferoberflächenbereich
gibt. Die Vorrichtung kann einfacher als die bekannten Vorrichtungen
angepasst werden, weil es bspw. keine Wärmedecke innerhalb der Druckkammer
gibt. Die Vorrichtung kann auch an einem Arm oder einem Bein verwendet
werden, ohne dass eine Notwendigkeit für unterschiedliche Formen und
Größen einer
Wärmedecke
besteht. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist daher sehr viel bequemer
in der Verwendung für
unterschiedliche Glieder und Größen von
Gliedern als bekannte Anordnungen. Eine einzige Vorrichtung kann
für unterschiedliche
Anwendungen verwendet werden, wodurch sich Ausrüstungskosten und Stellraumfragen reduzieren.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt therapeutische Vorzüge in einer Anzahl unterschiedlicher
Arten und/oder Anwendungsweisen bereit. Bspw. können die Vorrichtungen der
vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, den Wärmeenergietransfer
oder von dem Glied des Patienten zu verbessern und zu maximieren.
Der direkte Kontakt des Glieds mit der Flüssigkeit erhöht die Energietransferrate
zu oder von der Flüssigkeit
zu dem Glied. Im allgemeinen sind die Wärmeenergietransferraten proportional
zu der Oberfläche,
in der die Übertragung
stattfindet. Durch Eintauchen des gesamten Glieds in die Flüssigkeit
wird die Oberfläche,
in der die Wärmeübertragung
stattfindet, maximiert.
-
Die
Zirkulation der Flüssigkeit
um die Oberflächen
des Glieds verbessert auch die Wärmeenergieübertragung
bzw. den Wärmeenergietransfer
zwischen der Flüssigkeit
und dem Glied. Erstens gestattet die Zirkulation eine präzise Temperatureinstellung.
Die in die Kammer eingeführte
und zirkulierte Flüssigkeit
kann bei einer präzisen
Temperatur gehalten werden.
-
Die
Zirkulation gestattet auch, dass eine gezwungene Konvektion stattfindet.
Eine gezwungene Konvektion ermöglicht
eine bessere Wärmeübertragung
verglichen mit Verfahren, die eine Konduktion (bspw. Plazieren eines
Glieds in Kontakt mit einer erwärmten
Wassermatratze) oder natürliche
Konvektion (bspw. Eintauchen eines Glieds in einen ruhigen Körper mit
erwärmtem
Wasser) verwenden. Konduktion findet statt, wenn Energie zu oder
von einem ruhigen Material, das sich in direktem Kontakt mit einem
anderen ruhigen Material befindet, übertragen wird. Wird bspw.
ein Glied in direktem Kontakt mit einer erwärmten Wassermatratze plaziert,
würde Hitze von
der Wassermatratze auf das Glied übertragen werden. Natürliche Konvektion
findet statt, wenn ein Energiemassenübertrag zu oder von einer großen Masse
zu einem umgebenden Medium (wie Luft oder Wasser) stattfindet. Wird
bspw. ein Glied in einen Körper
mit ruhigem erhitztem Wasser eingetaucht, würde Hitze von dem Wasserkörper auf
das Glied übertragen
werden. Gezwungene Konvektion findet statt, wenn Energie von oder
zu einer großen
Masse zu einem umgebenden bewegten Medium (wie Luft oder Wasser) übertragen
wird. Gezwungene Konvektion wird in der vorliegenden Erfindung verwendet, wenn
ein Glied in einem Körper
mit erwärmtem
Wasser plaziert wird, das um die Oberflächen des Glieds zirkuliert.
Gezwungene Konvektion ermöglicht
ein Maximum an Wärmeübertragung
im Vergleich zu früheren
Verfahren, die Konduktion oder natürliche Konvektion verwenden.
-
Gleichermaßen gestattet
ein flüssiges
Medium eine bessere Wärmeenergieübertragung
als ein Luftmedium. Medien mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärme gestatten
eine bessere Wärmeübertragung
als andere Medien. Die Wärmeleitfähigkeit
und spezifische Wärme
von Wasser sind etwa 100 bis 200 mal größer als die von Luft. Daher überträgt die vorliegende
Erfindung Energie viel besser als Umluftverfahren oder andere Verfahren.
Durch Zirkulieren einer Flüssigkeit
anstelle von Luft wird daher die Energieübertragung maximiert.
-
Die
Geräte
der vorliegenden Erfindung erhöhen
auch die lokale Blutgeschwindigkeit durch Anlegen eines pulsierenden
negativen Drucks auf das Glied. Pulsierender negativer Druck erhöht die Blutgeschwindigkeit
in dem Glied viel besser als lediglich konstanter negativer Druck.
Die Erhöhung der
Blutgeschwindigkeit ist vorteilhaft, da das in dem Glied erwärmte Blut
schnell von dem Glied zum restlichen Körper übertragen werden kann.
-
Das
Wärmeenergieübertragungsmedium
in verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkeit und vorzugsweise Wasser,
da es billig ist, ungiftig ist und eine hohe spezifische Wärmekapazität hat. Im
Betrieb kann das Wasser ein Schrumpeln bzw. Runzeln der Haut verursachen,
die Vorzüge
des Systems überwiegen
diesen kleinen Nachteil jedoch bei weitem. Das Runzeln verschwindet
wenige Minuten nachdem das Wasser entfernt ist. Einige Patienten
haben über
eine Verbesserung ihres Hautzustands nach einer Behandlung mit dem
Gerät berichtet.
Keiner hat negative Effekte berichtet.
-
Das
Wasser kann Additive enthalten, um diesen Effekt zu minimieren und
um die Unbequemlichkeit bzw. das Unbehagen für den Patienten zu reduzieren,
bspw. Schmerzmittel oder lokale anästhesistische Wirkstoffe. Additive
können
gewählt
werden, um Frösteln
zu reduzieren oder um die Vasodilation in den Blutgefäßen anzuregen.
Diese können
systemisch oder lokal gegeben werden, und können vor oder gleichzeitig
mit der Erfindung, bspw. intravenös, intraarteriell, oral oder
rektal usw., verabreicht werden. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen
werden Schmerzmittel oder lokale oder regionale Anästhetika
verabreicht, bevor das Glied in die Kammer eingeführt wird.
-
Der
alternierend erzeugte und abgegebene negative Druck umfasst normalerweise
das alternierende Erzeugen von negativem Druck für ein vorbestimmtes Zeitintervall
und Abbauen des negativen Drucks für ein vorbestimmtes Zeitintervall.
Bspw. umfasst das alternierende Erzeugen und das Abgeben des negativen
Drucks innerhalb der Kammer das alternierende Erzeugen von negativem
Druck für
ein Zeitintervall von zwischen etwa 1 und 20 Sekunden, vorzugsweise
etwa 5 und 15 Sekunden, und Abbauen des negativen Drucks für ein Zeitintervall
von zwischen etwa 5 und 15 Sekunden, vorzugsweise etwa 5 und 10
Sekunden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst das alternierende
Erzeugen und Abgeben von negativem Druck innerhalb der Kammer das
alternierende Erzeugen von negativem Druck für ein Zeitintervall von etwa
10 Sekunden und Abbauen des negativen Drucks für ein Zeitintervall von etwa
7 Sekunden.
-
Gleichermaßen umfasst
das alternierende Erzeugen und Abbauen von negativem Druck innerhalb
der Kammer vorzugsweise das alternierende Generieren eines negativen
Drucks zwischen etwa –10
mmHg und –120
mmHg, vorzugsweise –20 mmHg
und –80
mmHg und Abbauen des negativen Drucks. In bevorzugten Ausführungsformen
umfasst das alternierende Erzeugen und Abbauen von Pulsen negativen
Drucks innerhalb der Kammer bspw. das alternierende Erzeugen eines
negativen Drucks von etwa –40
mmHg und Abbauen des negativen Drucks.
-
Die
in die Druckkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingeführte Flüssigkeit
umfasst im allgemeinen eine oder mehrere Flüssigkeiten, die eine Temperatur
aufweisen, die sich von der Kernkörpertemperatur unterscheidet.
Bspw. kann Wasser mit einer anderen Temperatur als die Kernkörpertemperatur
in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In gewissen Ausführungsformen
umfasst das Verfahren des weiteren das Zirkulieren der Flüssigkeit
um die Oberflächen des
Glieds, um Wärme
zu oder von dem Glied zu übertragen.
Das Verfahren kann des weiteren auch das Verabreichen eines Anästhetikums
an das Glied vor dem Einführen
des Glieds in die Druckkammer umfassen.
-
Nachdem
das Glied in der Druckkammer abgedichtet ist, wird eine Wärmeaustauschflüssigkeit
in die Druckkammer eingeführt,
um das Glied in die Flüssigkeit
einzutauschen, so dass das Glied im wesentlichen von der Flüssigkeit
umgeben ist und in Kontakt mit dieser steht. Die Wärmeaustauschflüssigkeit
hat normalerweise eine Temperatur, die wärmer ist, als die Kernkörpertemperatur,
so dass die Wärme
in der Flüssigkeit
auf das Glied übertragen wird.
Als nächstes
wird negativer Druck zwischen etwa –10 mmHg und –120 mmHg,
vorzugsweise etwa –20
mmHg und –80
mmHg innerhalb der Kammer während
eines Zeitintervalls von zwischen etwa 1 und 20 Sekunden, vorzugsweise
etwa 5 und 15 Sekunden, alternierend erzeugt und der negative Druck wird
während
eines Zeitintervalls von zwischen etwa 2 und 15, vorzugsweise etwa
5 und 10 Sekunden, abbaut.
-
Es
wird angenommen, dass die Effekte bzw. Wirkungen des pulsierenden
Drucks zumindest in einer bevorzugten Ausführungsform die folgenden sind.
Zuerst wird ein negativer Druck erzeugt, der zu einem Anstieg des
transmuralen Drucks führt.
Dies führt
zu einer mechanischen lokalen Dilation der Blutgefäße aufgrund
des Druckabfalls. Die Venen werden dann aufgrund der größeren elastischen
Eigenschaften der Wände
mehr dilatiert als die Arterien. Innerhalb weniger Sekunden führt der
negative Druck zu einer lokalen venösen Ansammlung von Blut. Während dieser
Zeitspanne erhöht
sich auch der Blutfluss in den Arterien aufgrund von Dilation. Es wird
davon ausgegangen, dass sich die Ansammlung von Blut in allen Schichten
(Plexus) von den subkutanen bis zu den mehr zentralen Venen befindet.
Die Ansammlung von Blut in den Venen bringt mehr Blut näher an die
Hautoberfläche
und macht es dadurch für
Wärmeübertragung
(Gewinn/Verlust) zugänglicher.
Zurückführen des
Blutes durch eher periphere Venen reduziert den Wärmeaustausch
zwischen Versorgungsarterien und Rückflussvenen, der gegenläufige Effekt.
Wenn der Druck auf Null zurückfällt (bezogen
auf Atmosphärendruck),
ziehen sich die Venen zusammen und das Blut wird in die Richtung
mit dem niedrigsten Fließwiderstand
gezwungen. Die Venenklappen werden das Blut effektiv nur in die
Richtung zum Herzen drücken.
Wird ein positiver Druck hinzugefügt, fällt der transmurale Druck.
Der intramurale Druck ist viel größer in den Arterien. Dies führt zu einer
relativ größeren Konstitution
der Venen im Vergleich zu den Arterien, und die Venen werden "blutentleert". Die Venen sind
nun bereit, mehr Blut aufzunehmen, und der Druck fängt wieder
an zu fallen. Auch die Mikrovaskulaturkapillaren scheinen betroffen
zu sein, und es gibt eine Wahrscheinlichkeit, dass auch das Lymphsystem
betroffen ist und dass der Lymphfluss zunimmt. Es wird davon ausgegangen, dass
die Lymphzirkulation in gleicher Weise von dem pulsierenden Druck
betroffen wird wie die Venen, da die Gefäße ebenfalls Einbahnklappen
haben. Da die Gefäßwände sogar
dünner
sind als in den Venen, kann ein lediglich auf das Lymphsystem wirkendes System
verwendet werden, indem mit niedrigeren Drükken, aber gemäß dem gleichen
Pulsmodus gearbeitet wird, wodurch die Effekte bzw. Wirkungen auf
die Arterien/Venen minimiert werden (weil erhöhter Blutfluss einen negativen
Effekt auf Ödeme
usw. haben kann). Ein Beispiel hierfür wäre, Pulse mit 15 Sekunden an
und 15 Sekunden aus bei weniger als 20 mmHg (2,7 kPa) anzulegen.
-
Unter
Verwendung einer Ultraschall-Doppler-Messtechnik wurde gefunden,
dass eine bevorzugte Ausführungsform
die Blutgeschwindigkeit in der Brachialarterie bis auf mindestens
30 % verbessern kann. In Experimenten wurde ein Durchschnitt von
mindestens 50 % Erhöhung
der Blutgeschwindigkeit und eine Erhöhung von 200 % in einem einzelnen
Subjekt nachgewiesen. Es wird angenommen, dass durch ein Pulsieren
des Druckes die sofortige und wiederholte Erhöhung bzw. Zunahme der Blutgeschwindigkeit
erleichtert wird, ohne eine Reflexkonstriktion als ein Ergebnis
der venösen
Ansammlung (Pooling) zu induzieren. Dies ist ein Effekt, der bei
bekannten Anordnungen mit konstantem negativen Druck aufzutreten
scheint. Der Reflex ist in den Beinen ausgeprägter, wahrscheinlich weil er
als ein Mittel zum Verhindern von Blutansammlungen beim Stehen wirkt.
Es wurde gefunden, dass unter konstanten negativen Drücken von –40 mmHg
(–5,3 kPa)
der Blutfluss um bis zu 20 % abnahm. Dies wird wahrscheinlich durch
den venös-arteriellen
Reflex verursacht, der ausgelöst
wird, wenn die Venen gedehnt werden. Rezeptoren in den Venenwänden fühlen die
Dilation und durch einen spinalen Reflexbogen werden die Versorgungsarteriolen
zusammengezogen. In der vorliegenden Erfindung neigt das Pulsieren
des Druckes dazu, dies zu verhindern, und der Blutfluss wird statt
dessen erhöht.
Es wurde festgestellt, dass die Erfindung ohne Verwendung von Pharmakologika
und anderen Blockern am besten an den Armen funktioniert, auch aufgrund
des reduzierten Reflexkonstriktionseffekts. Wo ein Blocken oder Reduzieren
des Reflexes in den Beinen möglich
ist, kann eine bessere Zirkulation als in den Armen erzielt werden,
und es gibt eine größere Wärmeübertragungsgesamtfläche, von
der profitiert werden kann.
-
Die
Erhöhung
des Blutflusses ist abhängig von
dem Wärmezustand
des Patienten. Wenn der Patient kalt ist, sind die Gefäße der Haut
zusammengezogen, um Wärmeverlust
zu verhindern. Das subkutane Adiposegewebe ist auch ein effektiver
Isolator. Auf diese Weise ist Wärmeübertragung
(Gewinn/Verlust) durch die Haut beschränkt. Unter diesen Bedingungen
kann die vorliegende Erfindung sehr effektiv sein. Die Gefäße werden "gezwungen", Blut zu zirkulieren,
und der Wärmeaustausch
mit dem Wärmetransfermedium
kann effektiv wiederhergestellt werden.
-
In
einem warmen Zustand sind die Gefäße bereits dilatiert. In dieser
Situation kann das Potential, den Fluss zu erhöhen, reduziert sein. Jedoch
kann das Anlegen eines positiven Drucks den Venen helfen, hier Blut
an das Herz zu entleeren. Wenn kaltes Wasser lokal angewendet wird,
um einen warmen Patienten abzukühlen,
gibt es eine Tendenz der Blutgefäße, sich
zusammenzuziehen. Ein pulsierender Druck wird die Gefäße offenhalten
und die effektive Übertragung
von Wärme
weg vom Körper
unterstützen.
-
Die
lokal angewendete Wärme
beeinflusst die Zirkulation lokal. Kaltes Wasser kann die Gefäße lokal
zusammenziehen und warmes Wasser kann Gefäße dilatieren. Dies kann manchmal
zum Nachteil des Patienten sein. Durch Anwenden eines pulsierenden
Drucks kann die Zirkulation "durchgezwungen" werden, während die
Haut als eine Wärmeenergieübertragungsfläche (bspw.
als ein Radiator) fungiert.
-
Der
erhöhte
Blutfluss kann auf unterschiedliche Arten und Weisen genutzt werden.
Die potentiellen Anwendungen der Erfindung sind zahlreich. Die Erfindung
kann in Verbindung mit einigen wichtigen klinischen Problem verwendet
werden, wie sie nachfolgend aufgeführt sind:
- – Verhinderung
von Hypothermie durch Wärmeübertragung
auf den Körper
(Wärmegewinn)
- – Behandlung
von Hypothermie durch Wärmeübertragung
auf den Körper
(Wärmegewinn)
- – Verhinderung
von Hyperthermie durch Wärmeübertragung
von dem Körper
(Wärmeverlust)
- – Behandlung
von Hyperthermie durch Wärmeübertragung
von dem Körper
(Wärmeverlust)
- – Induzieren
von Hypothermie, um Schlaganfallpatienten, Herzanfälle und
andere ischämische Krankheiten
zu behandeln, für
Neurochirurgie usw.
- – Induzieren
von Hyperthermie, um Krebspatienten global und lokal zu behandeln
- – Behandlung
von Geschwüren,
die Wachstumsschwierigkeiten haben, durch Erhöhen des lokalen Blutflusses
(Beingeschwüre)
- – Ändern der
pharmakologischen Verteilung von Medikamten systematisch und lokal
aufgrund von lokal geändertem
Blutfluss und möglicher
Diffusion
- – Erhöhen der
Verteilung von Kontrastfluiden in einem lokalen Bereich des Körpers
- – Erhöhen der
Venenzirkulation
- – Erhöhen der
Lymphzirkulation
- – Fördern von
Gewebeheilung durch erhöhten Blutfluss
- – Erhöhen von
Anitgen-Antikörper-Kontakt
durch erhöhten
Blutfluss, Lymphfluss und erhöhte
Diffusion
- – Erhöhter Fluss
von Substanzen zwischen Gefäßen und
Zellen durch erhöhte
Diffusion.
-
Die
physiologischen Effekte bzw. Wirkungen von negativem Druck auf den
Körper
waren der Gegenstand von Forschung, mit dem Hauptergebnis, dass
90 % des negativen Drucks in das darunterliegende Gewebe verteilt
wird, wobei sich der transmurale Druck und die Dilation von Gefäßen erhöht und Änderungen
in der Venen- und Arterienzirkulation auftreten.
-
Die
Bezeichnung "Körperglieg" bzw. "Glied", wie sie hier verwendet
wird, sollte als jeglicher Teil eines menschlichen oder tierischen
Körpers
ausgelegt werden, der einfach in die Vorrichtung eingeführt werden
kann, bspw. ein Arm oder Bein oder ein Teil eines Armes oder Beines,
bspw. Unterarm, Hand, Unterschenkel, Fuß, oder möglicherweise sogar mehr als einer
dieser Körperteile,
wenn es die Situation zulässt.
In gewissen Situationen kann es vorteilhaft sein, mehr als eine
Vorrichtung zu verwenden, um die Wärmeübertragungsmenge zu erhöhen. Beim Übertragen
von Wärmeenergie
zu oder von dem Patienten gilt, dass je größer der Oberflächenbereich
des Hautkontaktes und je effizienter dieser Hautbereich beim Übertragen
von Wärmeenergie
zu oder von dem Blut des Patienten, und somit dem Kern des Patienten,
ist, desto besser. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, den Unterarm
des Patienten in der Vorrichtung zu verwenden. In dem Unterarm gibt
es auch weniger Reflexkonstriktion als in dem Bein eines Patienten,
was zu einer verbesserten Wärmeenergieübertragung
führt.
Wo eine maximale Wärmeübertragung
benötigt
wird, sollte die Vorrichtung groß genug sein, um den ganzen
Arm oder zumindest soweit wie möglich über den
Oberarm, bspw. die Mitte des Oberarms, aufzunehmen. Die Abdichtung,
bspw. eine Dichtmanschette, liegt vorzugsweise oberhalb des Ellbogens
um den Bizeps und Trizeps des Patienten an, während sich der Rest des Armes
und die Hand in die Vorrichtung hinein erstrecken. Dies maximiert nicht
nur den der Flüssigkeit
ausgesetzten Oberflächenbereich
der Haut, sondern bedeutet auch, dass das Blut länger in dem gedehnten Venenplexus
in direkter Nähe
zu der Flüssigkeit
fließen
wird, da es durch den Oberarm, Unterarm und die Hand fließt. Auf
diese Weise werden daher sowohl das Blutvolumen als auch die Blutflussrate
maximiert.
-
Wo
die Vorrichtung dazu verwendet wird, um kleine Mengen von Wärmeenergie
zu übertragen, bspw.
beim Aufwärmen
des Körpers
in der Vorbereitung für
sportliche Aktivitäten,
Abkühlen
eines Körpers
an einem heißen
Tag oder Aufwärmen
an einem kalten Tag aus Gründen
des Wohlbefindens usw., kann ein kleinerer Wärmeenergieübertragungsbereich wie bspw.
nur die Hand oder der Fuß ausreichend
sein. Die Vorrichtung kann bspw. die Form eines Fäustlings
oder eines Stiefels annehmen. Bei Anwendungen, bei denen ein geringeres
Ausmaß an Wärmeübertragung
benötigt
ist, kann die Dichtmanschette daher näher am Ende des Glieds abdichten, oder
vielleicht kann sogar eine zweite Dichtung für die Hand oder den Fuß außerhalb
der Vorrichtung vorgesehen sein, wenn der Arm oder das Bein am Platz
ist.
-
Zugang
und Wärmeübertragungsanforderungen
werden in hohem Maße
vorgeben, wo das Gerät
an dem Körper
angewendet werden kann. Wenn eine Operation an dem oberen Bereich
des Körpers
ausgeführt
wird, dann kann es bevorzugt sein, die Vorrichtung an dem Bein des
Patienten zu verwenden, so dass die Vorrichtung nicht im Weg des Chirurgen
ist. Damit die Vorrichtung effektiv arbeiten kann, insbesondere
in der Behandlung und Vorbeugung von Hypothermie, muss es jedoch
in der Lage sein, Wärme
zu oder von dem Patienten mit einer Rate zu übertragen, die schneller ist,
als der Patient Wärme
durch normale biologische Abläufe
verlieren oder erzeugen kann. Aus vorläufigen Studien wurde ermittelt,
dass dies bei einer gesunden normalen Person, die die Vorrichtung
so verwendet, dass nur der Unterschenkel und der Fuß umschlossen
sind, nicht immer erreicht werden kann, auch wenn in gewissen Situationen
einiger Nutzen erzielt werden kann. Theoretisch ist es auch vorstellbar,
dass eine Vorrichtung mit einer geeigneten Größe und einer geeigneten Dichtung
zwei Beine eines Patienten aufnehmen kann, um die Wärmeenergieübertragung
zu maximieren.
-
Im
Betrieb verbleibt eine Lufttasche oberhalb der Oberfläche der
Flüssigkeit
in der Kammer. Der Druck innerhalb der Kammer wird durch Verändern des
Luftdrucks in dieser Lufttasche variiert. Der Druck und die Druckänderungen
innerhalb der Kammer werden über
die Flüssigkeit
auf die Oberfläche des
Glieds übertragen.
-
Es
ist nicht beabsichtigt, die Erfindung durch die Verwendung des Begriffes "Luft", wie sie hier als ein
Druckregulierungsmedium verwendet wird, auf Vorrichtungen zu beschränken, die
nur Luft verwenden. Andere Gase, bspw. inerte Gase, wären auch geeignet,
obgleich sie zu einer beträchtlichen
Erhöhung
der Betriebskosten des Gerätes
beitragen würden.
-
Vorzugsweise
ist das Gas Luft und die Druckwelle ist eine Vakuumleitung, wie
sie in Krankenhäusern
gängig
sind. Wo lediglich komprimierte Luft verfügbar ist, kann ein Konverter
verwendet werden, um diese in eine Quelle für negativen Druck zu konvertieren.
Derartige Druckquellen sind im wesentlichen bei konstantem Druck,
und daher wird eine Regulierungsvorrichtung benötigt, um einen pulsierenden
Druck zu erzeugen. Eine Pumpe könnte
die Druckpulse direkt bereitstellen oder könnte in Verbindung mit einer
Regulierungsvorrichtung verwendet werden, um die Druckpulse zu erzeugen.
Wo die Vorrichtung in einer nicht-klinischen Umgebung verwendet
wird, bspw. als Teil einer Rettungsausrüstung, dann kann es notwendig
sein, eine Pumpe zu verwenden, die ihre eigene Stromquelle hat oder
manuell betrieben werden kann. Die Zirkulation der Flüssigkeit
kann durch einen in der Kammer angeordneten Rührer erreicht werden.
-
Vorzugsweise
befindet sich die Druckquelle bei einem Druck unterhalb Atmosphärendruck,
wodurch ein Abfall des Drucks innerhalb der Kammer verursacht wird,
um einen negativen Druck (d.h. die Druckmenge unterhalb Atmosphärendruck)
auf das Glied anzulegen. Die Kammer sollte derart ausgestaltet sein,
dass sie negative Drücke
bis mindestens –80
mmHg (–10,7
kPa) aushält,
vorzugsweise beträchtlich
mehr. Dies bedeutet, dass ein negativer Druck von –80 mmHg
(–10,7
kPa) innerhalb der Kammer einem internen Druck von 680 mmHg (90,7
kPa) basierend auf dem Standardwert für Atmosphärendruck von 760 mmHg (101,3
kPa) entsprechen würde.
-
Vorzugsweise
befindet sich die Druckwelle bei einem negativen Druck von –80 mmHg
(–10,7 kPa),
noch mehr vorzugsweise bei –60
mmHg (–8,0 kPa)
oder weniger und am meisten bevorzugt bei etwa –40 mmHg (–5,3 kPa), um die möglichen
Komplikationen, von denen angenommen wird, dass sie aus dem Anlegen
von höheren
negativen Drücken
resultieren könnten,
zu reduzieren. Der Grund des negativen Drucks ist, die lokale Vasodilation
in der Oberfläche
des Glieds anzuregen, so dass der negative Druck so gewählt werden
sollte, um dies zu maximieren und gleichzeitig das Risiko von möglichen Komplikationen
zu minimieren. Es wurde gefunden, dass ein Pulsieren des negativen
Drucks den Blutfluss anregt, und aus diesem Grunde wird vorzugsweise
ein pulsierender negativer Druck von 0 bis –40 mmHg (0 bis –5,3 kPa)
in der Kammer erzeugt.
-
Vorzugsweise
befindet sich die negative Druckquelle bei einem konstanten Druck,
und Luft wird in die Kammer über
ein Ventil entlüftet,
um den Druck innerhalb der Kammer auf oder in Richtung von Atmosphärendruck
zurückzubringen.
Aufgrund der Zeit, während
der das Ventil offen ist, oder aufgrund der Rate, mit der Luft durch
das Ventil eintreten kann, kann die Kammer zwischen den Druckpulsen nicht
voll ständig
auf Atmosphärendruck
zurückgebracht
werden, und es kann jedesmal an dem Ende des Pulses ein kleiner
Betrag von negativem Druck in der Kammer verbleiben. Dies können z.B.
zwischen 0 und –20
mmHg (0 und –27
kPa) oder bevorzugter zwischen 0 und –10 mmHg (0 und –1,3 kPa)
und noch bevorzugter zwischen 0 und –5 mmHg (0 und –0,67 kPa)
sein. Am bevorzugtesten sind die Rate, mit der Luft durch das Ventil
eintreten kann und die Pulsperiode derart, dass der Druck innerhalb
der Kammer währen
jedes Druckpulses auf Atmosphärendruck
zurückgebracht
wird. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen ist die Änderung
des Kammerdrucks im wesentlichen unmittelbar, so dass die Zeit,
die für
eine Änderung
des Druckes benötigt wird,
nur einen kleinen Anteil der Zeit ausmacht, während der das Ventil offen
ist, bspw. weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 25 % und noch
bevorzugter weniger als 10 % von der Zeit, während der das Ventil während eines
Druckpulses offen ist. Es wird bevorzugt, dass die Kurve des Drucks über der
Zeit einer im wesentlichen quadratischen gezahnten Kurve mit scharfen Übergängen bei
den Druckänderungen
folgt. In der Praxis können
einige Abrundungen bei den Übergängen auftreten.
Ebenso sollte die Druckquelle ausreichend Kapazitäten haben,
um den Druck so schnell wie möglich
auf den gewünschten negativen
oder positiven Druck zu bringen, und dies vorzugsweise innerhalb ähnlicher
Arbeitsebenen wie derjenigen für
das Ventil.
-
In
einer Anzahl von bereits bekannten Systemen, in denen ein oszillierender
Druck auf einen Patienten angewendet wurde, wurde als das Beste
erachtet, den Druck im Takt mit dem Herzschlag zu variieren. Die
vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass eine längere Periode
der Oszillation besser ist. Dies bedeutet, dass jeder Schritt einer
Anwendung von negativem Druck länger
als 1 Sekunde dauern sollte, vorzugsweise mehr als 3 Sekunden, noch
bevorzugter 5 Sekunden oder länger
und am meisten bevorzugt etwa 7 Sekunden oder länger. Es gibt jedoch ein Optimum,
da längere
Pulse größer als
30 Sekunden und konstante Drücke
die Neigung haben, den Blutfluss zu reduzieren. Die Relaxation des
Druckes auf Atmosphärendruck
sollte entsprechenden Perioden entsprechen, kann jedoch auch eine
leicht unterschiedliche Dauer aufweisen.
-
Vorzugsweise
sind die Zeiten, während
der das Ventil offen und geschlossen ist, nicht gleich, und somit
sind auch die Pulse von negativem/positivem Druck und Atmosphärendruck
nicht gleich. Vorzugsweise ist die Länge des negativen/positiven
Druckpulses länger
als die "Ruhe"-Periode, in der
der Druck auf Atmosphärendruck
ist oder auf Atmosphärendruck
zurückgeht.
-
Vorzugsweise
ist er 5 % länger
oder größer, bevorzugter
größer als
10 % länger
und am bevorzugtesten mehr als 25 länger. In einer Ausführungsform,
die sich als gut funktionierend erwiesen hat, wurde negativer Druck
für 7 Sekunden
aufgebaut und für
10 Sekunden entspannt bzw. abgebaut.
-
Das
Ventil kann in dem Verbindungspfad zu der Druckquelle angeordnet
sein, es ist allerdings vorzugsweise in dem Kammergehäuse vorgesehen und
in der Nähe
des oberen Endes der Kammer angeordnet, wenn diese in Betrieb ist,
so dass Luft in die Lufttasche und nicht in die Flüssigkeit
entlüftet wird.
Wäre das
Ventil während
Bedingungen negativen Drucks unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet,
so würde
es Blasen in der Flüssigkeit
erzeugen und könnte
die Temperatur der Flüssigkeit
beeinflussen. Unter Bedingungen positiven Drucks könnte ein
Eintauchen des Ventils dazu führen,
dass Flüssigkeit
aus der Kammer ausgestoßen
wird. Ein Mikroprozessor kann programmiert sein, um das Ventil zu betreiben
bzw. zu steuern und unterschiedliche Einstellun gen könnten für unterschiedliche
Anwendungen gespeichert sein.
-
Das
Gehäuse
kann jegliche Form aufweisen, bspw. rechteckig, d.h. quaderförmig; es
ist allerdings vorzugsweise rohrförmig mit kreisförmigem oder
ovalem Querschnitt, d.h. im wesentlichen zylindrisch. Eine gerundete
Oberfläche
ist besser geeignet, negativen Drücken standzuhalten und gestattet
es, das Gehäuse
leicht seitlich hin- und herzubewegen, um ein Unbehagen des Patienten
zu lindern. Die Dichtung kann eine Bewegung des Glieds in Bezug
auf die Kammer einschränken,
so dass kleine Drehungen des Glieds durch ein leichtes Rollen bzw.
Drehen des Gehäuses
ausgeglichen werden können.
Dies wäre
mit einem Gehäuse
mit dreieckigem oder quadratischem Querschnitt mit flachen Seiten
nicht möglich;
für solche
Gehäuse
können
in bestimmten Fällen
ein flexibleres Dichtungssystem oder schwingende Oberflächen notwendig
sein. Wenn die Vorrichtung speziell für den Unterschenkel und Fuß eines Patienten
vorgesehen ist, dann kann es zwei Abschnitte umfassen; einen rohrförmigen Abschnitt,
um das Bein des Patienten aufzunehmen, und einen quaderförmigen Abschnitt
am Ende, der größere Abmessungen
hat, um den Fuß des
Patienten aufzunehmen. Der rohrförmige
Abschnitt kann ermöglichen,
dass die Vorrichtung seitlich hin- und herbewegt wird, während der
flachseitige quaderförmige Abschnitt
auf einer Seite des Operationstisches überhängt. Der wichtige Vorteil ist,
dass die Form der Kammer für
den Betrieb der Vorrichtung nicht kritisch ist, davon abgesehen,
dass sie eine Größe aufweisen
muss, die ausreichend ist, um das Glied des Patienten aufzunehmen.
Als Ergebnis kann es sehr viel kostengünstiger als existierende Vorrichtung
hergestellt werden und profitiert dennoch von einer verbesserten
Wärmeenergieübertragung
auf den Patienten, die erreicht werden kann.
-
In
Ausführungsformen,
in denen das Gehäuse
einen länglichen
Zylinder mit kreisförmigem
Querschnitt mit einer gekrümmten
Seitenwand und einer flachen Endwand umfasst, wird die Verbindung
mit der Druckquelle vorzugsweise in der gekrümmten Seitenwand des Gehäuses vorgesehen,
die im Betrieb als höchster
Punkt angeordnet wird. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit,
dass Flüssigkeit durch
die Quelle negativen Drucks aus der Kammer herausgesaugt wird, reduziert.
Noch bevorzugter sind zwei Verbindungen in der Seitenwand des Gehäuses vorgesehen,
nämlich
eine in der Nähe
der Endwand des Gehäuses
und die andere in der Nähe der
Dichtung und der Öffnung
an dem anderen Ende des Gehäuses.
Da es schwierig sein kann, einen Patienten so zu positionieren,
dass das Glied exakt horizontal liegt, kann ein Ende des Gehäuses leicht
gegenüber
dem anderen angehoben werden. Das Bereitstellen bzw. Anbringen von
zwei Verbindungen in dem Gehäuse,
die über
eine gemeinsame, ein Y-Verbindungselement aufweisende Luftleitung
mit der Druckquelle verbunden sind, stellt sicher, dass mindestens
einer der beiden Anschlüsse
in Verbindung mit der Lufttasche oberhalb der Oberfläche der
Flüssigkeit
steht. Vorzugsweise ist das Y-Verbindungselement
in einer Höhe
oberhalb der Oberfläche
der Flüssigkeit
angeordnet, so dass die Flüssigkeit
nicht dazu tendiert, durch eine der Luftleitungen eingesogen zu
werden, wenn eine der Verbindungen untergetaucht wird, bspw. wenn
das Glied des Patienten umpositioniert wird. Bei negativen Drücken von –40 mmHg
(–5,3
kPa) ist hierfür
eine Höhe
von 50 mm oder mehr bevorzugt. Alternativ könnte ein Ventil angeordnet
sein, um den einen oder den anderen oder beide der Anschlüsse zur
Verbindung mit der Druckquelle auszuwählen.
-
Die
Dichtung kann jegliche Form aufweisen, die zum Abdichten des Spaltes
zwischen der Öffnung der
Kammer und dem Abschnitt des Glieds geeignet ist, bspw. eine Gummimanschette oder
dergleichen. Unter Bedingungen negativen Drucks kann Atmosphärendruck
die Dichtverbindung der Dichtung mit dem Glied unterstützen. Weiche
Materialien wie bspw. O-Ringen aus Neopren sind bevorzugt. Eine Dichtung
kann vor dem Einführen
in die Kammer um das Glied herum angebracht und dann mit der Kammer
verbunden werden, um diese abzudichten, wenn das Glied darin angeordnet
ist. Eine der bevorzugten Anwendungen des Geräts ist zum Behandeln von Hypothermie,
wo es wichtig ist, das erwärmte
Blut aus dem Peripheriebereich des Glieds um den Körper und
durch den Kern zu zirkulieren. Eine zu enge Dichtung kann als ein
Tourniquet wirken und diese Zirkulation einschränken. In Fällen, in denen das Gerät dazu verwendet
wird, positive Drücke
anzulegen, können
zusätzliche
Mittel notwendig sein, um ein Entweichen von Luft zu verhindern.
In einer Anordnung ist die Luftleitung um die Dichtung herum angeordnet,
so dass eine Zunahme des positiven Drucks bewirkt, dass dann ein
größerer Druck
auf die Dichtung ausgeübt
wird, wenn sich die Kammer bei einem höheren internen Druck befindet.
In einer anderen Ausführungsform
wird eine aufblasbare Manschette, vorzugsweise aus Latex oder dergleichen,
verwendet.
-
Die
Dichtung ist auch wichtig, da sie während negativem Drucks einen
Bereich von relativ ischämischem
Gewebe in der Haut neben der Dichtung erzeugt. Wenn der Druck abgebaut
wird, bewegen sich vasoaktive Substanzen (Kalium, ADP, Adenosin usw.)
mit dem Blut und erweitern die Arterien darunter, um den Blutfluss
zu erhöhen.
-
Die
Flüssigkeit
in der Kammer ist zum Übertragen
von Wärmeenergie
auf das oder von dem Glied. Wie voranstehend erwähnt, ist diese Flüssigkeit
vorzugsweise Wasser. Zum Behandeln von Hypothermie wird Wasser zwischen
40 bis 45 °C,
vorzugsweise 43 °C,
verwendet. Einige Patienten empfinden Schmerzen bei Temperaturen
oberhalb von 43,5 °C.
Zum Behan deln von Hyperthermie wird kälteres oder kaltes Wasser bei
Temperaturen von unterhalb 35 °C
oder bevorzugter 30 °C
oder darunter verwendet. Wasser unterhalb 15 °C kann bewirken, dass die Nervenschmerzfasern
zu brennen beginnen.
-
In
Situationen, in denen die Temperatur des Wärmetransfermediums oder die
Größe der verfügbaren Wärmeübertragungsfläche nicht
ausreichend ist, um eine Änderung
in der Kernkörpertemperatur ausreichend
schnell zu bewirken, kann dem Glied ein regionales Anästhetikum
verabreicht werden, wodurch Signale von den Wärmerezeptoren unterdrückt werden,
um so eine sympathische Aktivität
auf die Gefäße zu verringern
und Vasokonstriktion zu verhindern. Die Wärmeübertragung von dem Körperkern kann
durch Verhindern von Schüttelfrost
mittels einen vollen chirurgischen Anästhetikums auf den Arm, bspw.
mit Pethidin beim Versuch, Hypothermie zu induzieren, verbessert
werden. Die Kombination einer regionalen Narkose mit Kühlen (das
ein bevorzugtes Merkmal der voranstehend beschriebenen Erfindung ist)
ist nach diesseitiger Ansicht eine eigenständige Neuheit.
-
Eine
zweite Ausführung
der hierin offenbarten Erfindung stellt daher ein System zum Bewirken einer Änderung
in der Kernkörpertemperatur
eines Patienten bereit, das die gleichzeitige Übertragung von Wärmeenergie
von einem Glied umfasst, während
das Glied einem pulsierenden negativen Druck ausgesetzt ist, wobei
dem Patienten vor der Übertragung
von Wärmeenergie
ein anästhetischer
Wirkstoff verabreicht wird, um sympathische Reaktionen in dem Glied
des Patienten zu reduzieren. Die zweie Ausführungsform kann in Verbindung
mit dem Gerät der
hierin offenbarten anderen Ausführungsformen verwendet
werden.
-
In
einer bevorzugten Anordnung wird vor dem Anwenden des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung auf den Arm des Pati enten eine regionale Narkose
in den Brachialplexus verabreicht. Das regionale Anästhetikum
hat die folgenden Hauptwirkungen:
- – Blockiert
sympathische Aktivität
der Blutgefäße, dadurch
Weiten der Gefäße in den
Armen (efferente Signale). Dies ist wichtig für eine effiziente Durchführung des
Verfahrens.
- – Blockiert
efferente Nervensignale von allen Rezeptoren in dem Arm zum zentralen
Nervensystem. Sie haben Auswirkungen auf das Temperaturregulierungszentrum,
indem sie Signale reduzieren, die dem Körper melden, mit Erhitzung/Schüttelfrost/Konstriktion
zu beginnen.
- – Lindert
den Schmerz des Patienten, was wiederum wichtig für die Blutdrucksteuerung
sein kann.
-
Durch
Narkotisieren des Glieds, bspw. den Arm des Patienten, vor dessen
Einführung
in die voranstehend beschriebenen Vorrichtungen können Flüssigkeiten
mit einer höheren
oder niedrigeren Temperatur als zuvor vorgeschlagen verwendet werden,
d.h. größer als
43,5 °C,
bevorzugter größer als 45 °C, oder weniger
als 30 °C,
bevorzugter 10 °C oder
weniger, um für
eine größere Wärmeenergieübertragung über die
Haut des Patienten zu sorgen.
-
Bei
Temperaturen unterhalb von 25 °C,
und vorzugsweise weniger als 23 °C,
wo es einen Temperaturgradienten von mindestens 14 °C gibt, sind
regionale Narkose aufgrund des dadurch gegebenen Umfangs der Steuerung
bzw. Kontrolle über
die Kernkörpertemperatur
des Patienten (bspw. Halten oder Senken der Kernkörpertemperatur),
besonders nützlich.
Zusätzlich
können
dem Patienten gekühlte
Flüssigkeiten
(bspw. 4 °C)
verabreicht werden, um die Körpertemperatur
um einige Grad (2 bis 3) zu senken, bevor die niedrige Kernkörpertemperatur
durch Betrieb der Vorrichtung bei 23 °C gehalten wird. Sowohl die
Induktion von Hypothermie (bspw. zur Behandlung von Schlaganfällen) als
auch die Behandlung von Hyperthermie können auf diese Weise durchgeführt werden.
-
Diese
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat auch eine Anwendung mit einigen der
aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und kann eine
Lösung
für die
schlechten Wärmetransferraten,
die derzeit mit diesen Vorrichtungen erzielbar sind, sein.
-
Zusätzlich können Situationen
auftreten, in denen ein Runzeln der Haut durch langes Aussetzen der
Haut an die Flüssigkeit
verursacht wird, wenn das Glied in eine Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung eingeführt
ist. Es können
der Flüssigkeit
jedoch Substanzen zugeführt
werden, um dies zu minimieren und jegliches verursachtes Unbehagen
zu lindern. Bspw. können
Weichmacher und Feuchtigkeitsmittel, wie sie im Stand der Technik
bekannt sind, der Flüssigkeit
zugeführt
werden, um das Runzeln der Haut zu reduzieren. Eine andere Lösung ist,
eine wassergetränkte
Matte zu verwenden, die angeordnet ist, um das Glied gleichzeitig
mit Druckpulsen zu versorgen, wo es in Kontakt mit der Matte ist,
während
Wärmeenergie übertragen
wird. Diese Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine
gewöhnliche Heizdecke
(wassergetränkt)
würde jedoch
soviel Luft und Abschnitte des Nichtkontakts haben, um für eine zuverlässige Körpertemperaturregelung
ausreichend effektiv zu sein.
-
Eine
Lösung
für dieses
Problem ist, eine "doppelte" Absaugung zu verwenden,
in der der negative Druck in einen "inneren" und einen "äußeren" negativen Druck
aufgeteilt ist. Der innere Druck, der lediglich einige wenige mmHg,
bspw. < –5 mmHg
(< –0,67 kPa)
beträgt,
wird zwischen der Haut und dem wassergetränkten Teil der Vorrichtung
(bspw. eine Decke) angelegt. Dies wird das Material in Richtung der
Haut saugen und den Kontakt zwischen dem Wasserabteil und der Haut
maximieren. Dünnes
Material, elastisch oder nichtelastisch mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit,
bspw. Silizium, Latex usw. Dann wird der äußere pulsierende Druck (bspw.
Pulse negativen Drucks) außerhalb
der Wasserdecke angelegt. Es wird angenommen, dass dieser doppelte Druck
kritisch ist, um den Wärmeübertragungseffekt zu
optimieren. Dieses System würde
daher einen Weg für
die Übertragung
von Wärmeenergie
auf ein oder von einem Subjekt bereitstellen, während gleichzeitig ein pulsierender
Druck bereitgestellt wird, in Anwendungen, in denen ein direkter
Kontakt mit Wasser nicht gewollt ist. Die Vorrichtung könnte die Form
annehmen, die in der ersten Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird, mit der Ausnahme, dass anstatt einem Eintauchen
des Glieds in eine in der Kammer enthaltene Flüssigkeit das Glied statt dessen
von der in der Kammer enthaltenen Flüssigkeit umgeben, jedoch von
dieser Flüssigkeit
durch eine Schicht von flexiblem Material getrennt ist.
-
In
einer dritten Ausführungsform
der hierin offenbarten Erfindung wird daher eine Vorrichtung zum
Anlegen eines pulsierenden Drucks auf einen Hautabschnitt auf einem
Glied eines Körpers
bereitgestellt, mit einer Druckkammer, in die das Glied eingeführt werden
kann, einer Grenzschicht aus flexiblem Material, die zum Anlegen
auf die Haut in der Kammer angeordnet ist, wobei die Grenzschicht
einen inneren Bereich innerhalb der Druckkammer zum Aufnehmen des
Glieds definiert, der von dem Flüssigkeitsfluss
innerhalb der Kammer getrennt ist, wobei die Vorrichtung ein Element
oder Mittel zum Erzeugen eines pulsierenden Drucks innerhalb der Druckkammer
und ein Element oder Mittel zum Erzeugen eines negativen Drucks
zwischen der Grenzschicht und dem Bereich der Haut umfasst, um die Grenzschicht
in Kontakt mit dem Hautbereich zu halten. Vorzugsweise nimmt die
Grenzschicht die Form einer sich entlang der Mitte der Vorrichtung, bspw. entlang
einer Mittelachse einer zylindrischen Druckkammer erstreckenden
Hülse an.
Dies gewährleistet einen
Kontakt über
einen größeren Flächenbereich des
Glieds als bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, bei denen
weniger als 50 % des Glieds kontaktiert sein können, bspw. durch Kontaktieren
nur einer Seite eines Arms. Der Flüssigkeitsfluss kann teilweise
in den Wänden
der Druckkammer, die als aufnehmendes Gefäß dient, oder innerhalb einer
wassergetränkten
Matte enthalten sein.
-
In
dieser Ausführungsform
ist das wichtigste Merkmal, den Bereich zwischen der Haut und der Wassergrenzschicht
im wesentlichen frei von Luft (Vakuum) zu halten. Dies hilft zu
gewährleisten,
dass das das Wasser enthaltende dünne Material an der Haut kleben
bleibt, selbst wenn ein äußerer pulsierender
Druck angewendet wird. Das "Vakuum" in diesem Bereich
(bspw. 1 bis 3 mmHg) kann konstant sein, anstatt zusammen mit dem äußeren Druck
zu pulsieren. Schweiß von
der Haut des Patienten wird sich in diesem Bereich zwischen der
Haut und der Grenzschicht ansammeln, was die Wärmeleitung unterstützen wird.
-
Andere
Möglichkeiten
für die
Vorrichtung werden ebenfalls ins Auge gefasst. Bspw. könnte die Vorrichtung
Wände aufweisen,
die Salze enthalten, die – nachdem
sie katalysiert wurden – Wärme mittels
einer exothermen Reaktion erzeugen können. Dies könnte in
einer akuten Situation von Nutzen sein, in der es möglich ist,
das Aufwärmen
schnell zu starten, und vielleicht in einer Situation, in der eine externe
Stromquelle nicht verfügbar
ist. Dieses Aufwärmmittel
kann zusätzlich
zu den anderen Wärmequellen
vorgesehen sein, um bspw. als Notfallwärmequelle verwendet zu werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
ist, unterschiedliche Drücke
und/oder Temperaturen in unterschiedlichen Abteilen inner halb der
Vorrichtung vorzusehen, so dass bspw. die Hand des Patienten warmgehalten werden
kann, um zu bewirken, dass das Blut den Oberflächenvenen folgt, wenn es zum
Kern zurückkehrt,
aber auf seinem Weg zurück
kann das Blut dann gekühlt
werden, da es besser zugänglich
ist. Es wird angenommen, dass dies die Kernkühlraten verbessert.
-
Einige
bevorzugte Ausführungsformen
werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1 bis 13 beschrieben.
-
1 zeigt
ein System zum Anlegen eines pulsierenden Drucks auf einen lokalen
Bereich des Körpers.
Es ist eine Vorrichtung 3 dargestellt, die an den Arm 1 eines
Patienten 2 angelegt ist und eine Druckkammer 4 mit
einer Öffnung
an einem Ende, in die der Arm 1 eingeführt ist, umfasst. Eine Dichtung 6,
die an den Arm 1 angelegt ist, dichtet die Druckkammer 4 von
Umgebungsbedingungen ab. Die Druckkammer 4 ist mit einem
Einlass 7 und einem Auslass 8 zum Einspeisen einer
Flüssigkeit 9,
bspw. warmes Wasser, in die und aus der Druckkammer versehen. Verbinder 10, 11 können an
dem Einlass 7 und bzw. Auslass 8 angebracht sein,
um den Flüssigkeitsfluss
leicht anschließen
zu können.
(Nicht dargestellte) Ventile können
in diesen Positionen verwendet werden, um den Flüssigkeitsfluss zu steuern.
Wie in 1 dargestellt ist, ist der Arm 1 in die
Flüssigkeit 9 eingetaucht,
aber es gibt oberhalb der Flüssigkeit 9 einen
Luftspalt 12. In einer Ausführungsform der Druckkammer 4 sind
nur dreiviertel mit der Flüssigkeit 9 gefüllt. Der
Druck in dieser Luftspalte wird pulsiert, um Druckpulse zu erzeugen,
die über
die Flüssigkeit 9 auf
den Arm 1 des Patienten 2 übertragen werden.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
weist die Druckkammer 4 eine Zylinderform auf, und ein Bereich
der Mantelfläche 13 ist
mit einem Verbindungsstück 14 versehen,
das in Verbindung mit einer Druckquelle 15 steht. Vorzugsweise
werden zwei Verbindungsstücke 14 mit
Verbindern 16 verwendet. Ventile können vorgesehen sein, um die
Verbindungsstücke 14 nach
Wunsch zu isolieren (bspw. anstelle der Verbinder 16).
Die Druckquelle 15 ist vorzugsweise eine Ansaugvorrichtung
zum Ansaugen von Luft aus der Druckkammer 4, d.h. um einen
negativen Druck in der Druckkammer 4 zu erzeugen.
-
Um
den Druck zu pulsieren, wird Luft in die Druckkammer 4 von
außen
entlüftet.
Ein Lufteinlass bei der Verbindung 17 mit einem Steuerungsventil 18 kann
vorgesehen sein, um Luft in die Luftspalte 12 zu entlüften. Alternativ
und bevorzugter kann Luft in die Druckleitungen 19, die
die Druckquelle 15 mit der Vorrichtung 3 über die
Verbindung 14 verbinden, bspw. über einen Regulator 20,
eingeführt
werden. Für
beide Anordnungen kann Verbindung 17 auch einen Einlass
zum Füllen
der Druckkammer mit Wasser vor dem Starten der Pumpe bereitstellen.
Ein Druckaufzeichner 21 mit einem Ausgang 22 ist
vorgesehen, um den Druck in der Vorrichtung 3 zu überwachen.
Der Regulator 20 (der bspw. Magnetventile umfasst) und
jedes zusätzliche
Ventil können
mit einem geeignet programmierten Computer 23 gesteuert
werden.
-
Die 2a bis 2e stellen
fünf Beispiele von
Druckkurven dar, die innerhalb der Vorrichtung 3 erzeugt
werden können,
entsprechend dem Status des Körpers
und dem behandelten Zustand. In 2a variiert
der Druck zwischen 0 und –40
mmHg (0 und –5,3
kPa) für
Perioden von 7 bzw. 10 Sekunden. In 2b dauern
die Pulse 5 Sekunden bei einer kompletten Taktzeit von
etwa 10 Sekunden. In 2c sind die Pulse etwa 7 Sekunden
lang. In 2d oszilliert der Druck zwischen
0 und –40 mmHg
(0 und –5,3
kPa) für
Pulse von jeweils etwa drei Sekunden). In 2e dauert
der ne gative Druckpuls etwa doppelt so lang wie die Zeit bei Atmosphärendruck.
-
In 3 ist
die Blutgeschwindigkeit (im wesentlichen Blutfluss) in der Brachialarterie über der Zeit
dargestellt und wie sie unter dem Einfluss von pulsierendem negativen
Druck und wenn der pulsierende Druck ausgeschaltet wird variiert.
Die Blutgeschwindigkeit bzw. der Blutfluss wurde unter Verwendung
von Ultraschall-Doppler- und Laser-Dopplermesstechniken gemessen. Ultraschall-Doppler,
der die Blutgeschwindigkeit misst, ist eine wichtige Technik, da
die Messungen außerhalb
der Vorrichtung durchgeführt
werden. Unter der vernünftigen
Annahme, dass der Blutgefäßdurchmesser
konstant ist, ist die Geschwindigkeit proportional zum Fluss (Volumen/Zeit).
Die Werte wurden mittels einer EKG-Aufnahme auf einen Computer übertragen,
wobei die Geschwindigkeiten Schlag auf Schlag abgetastet werden
können.
Wie in 3 dargestellt führt der pulsierende Druck zu
einem erheblichen Anstieg im durchschnittlichen gemessenen arteriellen
Blutfluss (Blutgeschwindigkeit).
-
4 zeigt
eine detaillierte Aufnahme über eine
Minute. Der negative Druck wird für 10 Sekunden aufgebaut und
für 7 Sekunden
abgebaut (oberes Feld). Die Blutgeschwindigkeit in der Brachialarterie wird
außerhalb
der Druckkammer 4 gemessen. Die Blutgeschwindigkeit steigt
bis zu einem bestimmten Punkt, etwa –25 mmHg (–3,4 kPa), an, bevor sie abfällt. Es
wird angenommen, dass dies durch eine Reflexkonstriktion der Arterien
aufgrund des venösen Pooling
verursacht wird. Durch ein erneutes Abfallenlassen des Drucks wird
der sofortige und wiederholte Anstieg der Blutgeschwindigkeit erleichtert,
ohne dass der Reflex den Blutfluss drosselt, wie dies bei einem
konstanten negativen Druck geschehen kann.
-
5 zeigt
eine andere Ausführungsform des
Geräts.
Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in 1 verwendet
sind, wurden in dieser Ausführungsform
verwendet, sofern sie sich entsprechen. Die Druckkammer 4 umfasst
ein Acrylrohr. In einer bevorzugten Ausführungsform hatte das Rohr einen Durchmesser
von 16 cm und eine Länge
von 50 cm. Die Dichtung 6 umfasst einen Ring 24 aus
eingekerbtem POM (Durchmesser 16 cm × 10 cm) als ein Verlängerungsstück, das
eine innere Neoprendichtung 25 und eine äußere Gummidichtung 26 trägt. Einlass 7 und
Auslass 8 sind vorgesehen, um Flüssigkeit, bspw. Wasser, über Speiseleitungen 27 einzuspeisen.
Diese sind mit einem Wasserbad 28 zum Steuern/Einstellen
der Temperatur der Flüssigkeit
und mit einer Pumpe 29, bspw. einer peristaltischen Pumpe, zum
Zirkulieren der Flüssigkeit
verbunden.
-
Die
Speiseleitungen 27 sind vorzugsweise aus Silikon, ausgenommen
dort, wo sie sich durch das Wasserbad erstrecken. In dem Wasserbad 28 werden
Kupferrohrleitungen verwendet, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Die Kupferrohrleitungen sind etwa 6 m lang und stellen ein Gleichgewicht
bzw. einen Ausgleich der Wassertemperatur zwischen dem Wasserbad
und dem Wasser in den Rohrleitungen sicher. Das Wasserbad könnte das
Wasser bis 45 °C
aufwärmen
und auf 4 °C
abkühlen.
Höhere
oder niedrigere Arbeitstemperaturen können je nach Wunsch bevorzugt
sein. Es kann Isoliermaterial verwendet werden, um die Betriebstemperaturen
zu halten. Das Wasserbad 28 kann ein Thermometer 30 und
einen Alarm 31 zur Warnung vor gefährlichen Betriebstemperaturen
umfassen.
-
Vorzugsweise
wird eine peristaltische Pumpe 29 verwendet, um die Flüssigkeit
zu zirkulieren, und vorzugsweise ist sie auf einem Niveau unterhalb der
Druckkammer 4 positioniert, um so Gravitationskräfte und
die durch die Pumpe erzeugte Ansaugung die Pumpe speisen zu lassen.
Aufgrund dieser Position der Pumpe 29 entspricht die Menge
des in die Druckkammer 4 gehenden Wassers immer dem Volumen
des in die Pumpe 29 kommenden Wassers, wodurch eine Ansammlung
(Poioling) von Wasser in der Druckkammer 4 vermieden wird.
Im Vergleich scheinen andere Pumpen ein eher ausgefeiltes Regulierungssystem
zu benötigen,
um den Eingang und Ausgang auszugleichen.
-
Temperatursensoren 32, 33 können die Hauttemperatur
und die Mittelohrtemperatur in dem Ohr des Patienten 1 aufzeichnen.
-
Um
einen negativen Druck innerhalb der Druckkammer 4 zu erzeugen,
wird das Ventil B des Regulators 20 geöffnet, das das Innere der Druckkammer 4 mit
der Saugvorrichtung 15 verbindet. Nach einer Zeitspanne,
vorzugsweise 10 Sekunden, wird das Ventil B geschlossen und das
Ventil A geöffnet.
Das Ventil A bläst
Luft in die Druckkammer 4 und bringt diese auf Atmosphärendruck
zurück.
Das Ventil A bleibt für
eine weitere Zeitspanne, vorzugsweise Sekunden geöffnet. Das
Ventil A wird dann geschlossen und das Ventil B geöffnet, um
den Zyklus zu wiederholen.
-
6a zeigt
eine Explosionsansicht der in 5 verwendeten
Druckanwendungsvorrichtung 3. Ein Spannring 34 hält die Neoprendichtung 25 auf dem
geschnittenen bzw. eingekerbten POM-Verlängerungsstück 24.
-
Um
die Druckkammer 4 an den Arm 1 des Patienten anzulegen,
wird zunächst
die Gummidichtung 26, die die Form eines sich verjüngenden Schlauchs
aufweist, über
den Arm gestülpt.
Dann wird die Neoprendichtung 25 mit dem Verlängerungsstück 24 unterhalb
der Gummidichtung 26 auf den Arm aufgesetzt. Der Arm wird
dann in die Druckkammer eingeführt
und das Verlängerungsstück 24 wird befestigt,
um die Druckkammer abzudichten. Die Gummidichtung 26 wird über die
Neoprendichtung 25, das Verlängerungsstück 24 und das obere
Ende der Druckkammer 4 herabgerollt, um eine ordentliche Dichtung
zu gewährleisten.
In der Druckkammer 4 wird dann warmes oder kaltes Wasser
zirkuliert und Druckpulse werden innerhalb der Druckkammer 4 erzeugt.
-
Die 7a bis 7c zeigen
den Betrieb der Druckanwendungsvorrichtung 3 bei verschiedenen
Winkeln. Das Bereitstellen von zwei mit den Druckleitungen 19 verbundenen
Verbindungsstücken 14 gewährleistet,
dass wenigstens eines der Verbindungsstücke 14 in der Luftspalte 12 angeordnet
ist. Dies ist wichtig, da der Patient 1 sich in einer nach vorn
oder hinten geneigten Position befinden kann, um den Betrieb zu
unterstützen.
-
Die 8a bis 8b zeigen
eine Druckanwendungsvorrichtung 3, die zur Verwendung an
einem Bein ausgelegt ist. Abhängig
von der Breite des Knies wird die in der Größe am besten passende Neoprendichtung 25a, 25b, 25c ausgewählt und
an den Patienten angelegt. Die Gummidichtung 26 würde dann über ein
Ende des Verlängerungsstückes 24 aufgesetzt
werden. Wie aus 8c ersichtlich ist, umfasst
die Druckkammer 4 einen zylindrischen Abschnitt 35 für das Bein
des Patienten und einen quaderförmigen
Abschnitt 36 für
den Fuß.
Der zylindrische Abschnitt 35 würde der Vorrichtung 3 gestatten, seitwärts leicht
hin- und herbewegt zu werden, um ein Unbehagen des Patienten zu
lindern. In dieser Ausführungsform
ist ein einzelnes Verbindungsstück 19 zur
Verbindung mit der Druckquelle 15 vorgesehen. Ein Einlass 7 und
ein Auslass 8 sind an der Basis des quaderförmigen Abschnitts 36 zum
Zirkulieren von Wasser innerhalb der Vorrichtung vorgesehen.
-
9 zeigt
eine weitere Vorrichtung 3 mit einer Hülse 37 aus einem flexiblen
Material, wie bspw. einer Latexmembran, um eine Grenze zwischen
dem zirkulierenden Wasser und der Haut des Patienten bereitzustellen.
Eine derartige Vorrichtung kann verwendet werden, um ein Runzeln
der Haut zu vermeiden. Die Hülse 37 teilt
die Druckkammer 4 in zwei Abteile auf; ein inneres Abteil
zur Aufnahme des Glieds und ein äußeres Abteil
für die
zirkulierende Flüssigkeit.
Eine in Verbindung mit dem inneren Abteil stehende Verbindung 38 ist
vorgesehen, um einen kleinen negativen Druck von vorzugsweise 0,5
bis 1,0 mmHg negativen Drucks (–0,065
bis 0,13 kPa) zu erzeugen. Dies saugt die Hülse 37 in vollen Kontakt
mit dem Glied, um eine gute Wärmeenergieübertragung zu
gewährleisten.
Druckpulse werden durch die Verbindung mit dem äußeren Abteil über Druckleitungen 19 in
normaler Weise auf das zirkulierende Wasser angelegt. Der Druck
in dem äußeren Abteil
kann entsprechend reduziert werden, aber dies ist wahrscheinlich
nicht notwendig. Leckagen sind weniger wahrscheinlich, und ein Reinigen
des Systems ist leichter.
-
Eine ähnliche
flexible Hülse,
die ein Heizelement umfasst, kann ebenfalls als eine Möglichkeit verwendet
werden, als eine Möglichkeit,
Wärmeenergie
auf den Patienten zu übertragen
(nicht dargestellt). Für
eine derartige Anordnung müsste
ein elektrisches Kabel mit einer ausreichenden Länge vorgesehen sein, um zu
ermöglichen,
dass die Hülse
an den Patienten angelegt wird, bevor der Patient seinen Arm in
die Druckkammer 4 einführt.
Alternativ könnte
eine Art von Induktionsheizung möglich
sein.
-
10 zeigt
das Resultat eines Vergleichs zwischen der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung und einem bekannten System, das mit einer Umlufterwärmung arbeitet
und unter der eingetragenen Marke "Bair Hugger"® vertrieben wird.
-
Bair
Hugger® ist
aus Decken gemacht, die jeden Teil des Körpers, der bei einer Operation
nicht verwendet wird, bedecken. Bei einer Unterleibsoperation kann
dies ein Problem sein, da größere Teile des
Körpers,
bspw. Kopf, Nacken, der Unterleib und die Beine, nicht mit dem Umluftwärmer gewärmt werden
können,
da ein Zugang für
andere Operationen notwendig ist. Unterleibsoperationen dauern häufig lang,
bspw. mehr als zwei Stunden, und Patienten, die eine Hypothermie
entwickeln, stellen ein großes Problem
dar. Hypothermie kann ernsthafte Probleme für Patienten darstellen, einschließlich Herzrhythmusstörungen und
erhöhtes
Infektionsrisiko und ischämische
Herzerkrankung. In der Untersuchung wurde eine wie in 1 dargestellte
Druckanwendungsvorrichtung an den Arm des Patienten angelegt, und
es wurde gefunden, dass dies ausreichend ist, um den Patienten warm
zu halten.
-
In
einem zusätzlichen
Testversuch wurde dem linken Arm eine Plexusnarkose verabreicht,
um Signale von den Wärmerezeptoren
zum zentralen Nervensystem zu blocken und dadurch die sympathische
Aktivität
der Gefäße zur Verhinderung
von Vasokonstriktion zu senken. Nach dem Induzieren der örtlichen
Narkose wurde der Druck innerhalb der Kammer pulsiert und Wasser
mit 10 °C
wurde in der Druckkammer zirkuliert, um eine Hypothermie zu induzieren.
Der Druck innerhalb der Kammer wurde zwischen 0 und –40 mmHg
(0 und –5,3
kPa) pulsiert. Die Kerntemperatur sank von 36,9° auf 36,3 °C. Zum Induzieren der Anästhesie
verwendete der Arzt 40 mm 0,1 % Xylocain. Dies stellte keine vollständige örtliche
Narkose des Arms dar, und das Subjekt begann während dem letzten Teil der
Kühlung
leicht zu frösteln.
Eine volle chirurgische Narkose des Arms wäre mit Pethidin möglich, um
so das Frösteln
bzw. den Schüttelfrost
zu verhindern. Es wird angenommen, dass falls die gleiche Prozedur
auf Pati eiten unter Vollnarkose angewendet worden wäre, es vermutlich
leichter gewesen wäre,
eine Hypothermie zu induzieren.
-
Eine
Messung des Blutflusses wurde unter Verwendung von Ultraschall-Doppler
und Laser-Doppler durchgeführt.
In den bevorzugten Beispielen wurde die Ultraschall-Doppler-Technik zur Messung
der Blutgeschwindigkeit m/sec verwendet. Sofern keine Änderung
im Gefäßdurchmesser
auftritt, ist die Geschwindigkeit proportional zum Fluss (Volumen/Zeit).
Laser-Doppler wurde ebenfalls verwendet, um den Blutfluss (a.u.)
in der Haut aufzuzeichnen. Die Aufzeichnungen wurden über eine A/D-Karte
an einen Computer übertragen
und mit 50 Hz abgetastet. Unter Verwendung einer Simultan-EKG-Aufzeichnung
wurden die Geschwindigkeiten Schlag auf Schlag abgetastet. In einem
anderen Versuch wurde der Computer auch verwendet, um die Ventile
zu öffnen
und zu schließen
und einen pulsierenden Druck (10, 11) zu erzeugen.
-
In
einem zusätzlichen
Testversuch wurden die Auswirkungen des Anwendens bzw. Anlegens
eines örtlichen
pulsierenden negativen Drucks auf arterielle Blutgeschwindigkeiten
untersucht. In dem Testversuch wurden Subjekte bequem auf einem Bett
in einer Rückenlage
positioniert, der rechte Arm um 70 bis 90 Grad abduziert und im
inneren einer individuell angefertigten rohrförmigen transparenten Plexiglas-Kammer ähnlich dem
in 1 dargestellten Gerät positioniert. Die Kammer
wurde am Oberarm mit einem Neoprenkragen abgedichtet, der an einem
Adapter befestigt war. Ein elastischer Gummischlauch überzog den
Adapter/Neoprenkragen und verlief etwa 5 cm weiter auf dem Arm und
etwa 5 cm distal auf dem Rohr. Die Kammer war mit einer einstellbaren
medizinischen Saugvorrichtung verbunden. Ein Paar von computergesteuerten
Magnetventilen war zwischen die Kammer und das Ansauggerät geschaltet
und ermöglichte,
den Druck in nerhalb der Kammer zu steuern. Jedes Experiment für jedes
individuelle Subjekt war in drei Perioden aufgeteilt, wobei jede
aus einer zweiminütigen
Messperiode bestand, der eine einminütige Grundlinienaufnahme voran- und
nachging (vgl. 11). Während jeder Periode war der
Druck im Inneren der Kammer entweder 0 (= Umgebungsdruck), –40 oder
pulsierte zwischen 0 und –40
mmHg. Pulsierender Druck wurde auf den rechten Arm (Versuchsarm)
angelegt und kein Druck wurde auf den linken Arm (Vergleichsarm)
angelegt. Der auf den rechten Arm angelegte Druck wurde in Sequenzen
von 10 Sekunden an und 7 Sekunden aus pulsiert. Die Reihenfolge
der Perioden in jedem Experiment war zufällig (randomisiert). Die Grundlinienaufnahme
begann, wenn der Brachialarterienblutfluss große Fluktuationen zeigte, was
darauf hinwies, dass die Subjekte in ihrer thermoneutralen Zone
waren.
-
Die
Blutgeschwindigkeit wurde unter Verwendung von Ultraschall-Doppler-
und Laser-Doppler-Verfahren gemessen. Die Blutgeschwindigkeit des
rechten Arms wurde von der rechten Axillararterie (Achselhöhlenarterit)
gemessen und die Geschwindigkeit des linken Arms wurde von der linken Brachialarterie
gemessen. Ein bidirektionales Ultraschall-Doppler-Geschwindigkeitsmeter (SD-100,
GE Vingmed Ultrasound, Horton Norway) wurde im Pulsbetrieb mit einem
tragbaren 10 MHz-Messfühler
betrieben. Der Ultraschallstrahl wurde in einem Winkel von etwa
45° auf
das Gefäß auf der
medialen Seite des Arms etwa 5 cm distal von der Achselhöhlenpfanne
gerichtet. Wie bereits zuvor angedeutet, wurden zur Kontrolle auch
Blutgeschwindigkeitsmessungen in der linken Brachialarterie durchgeführt. Das SD-100
auf der rechten Seite hatte auch ein eingebautes dreiartiges Oberflächenelektrokardiogramm (EKG),
das an der rechten und linken Schulter und an der unteren Kante
des Rippenkastens in der linken mittelklavikularen Linie befestigt
war. Laser-Doppler-Fluss (LDF) wurde von der Pulpa des zweiten Fingers
am linken Arm aufgezeichnet (MBF3D, Moor Instruments, Devon, UK).
Zusätzlich
wurde ein momentaner Arterienblutdruck (BP) vom linken dritten Finger
unter Verwendung einer photoplethysmographischen Vorrichtung (Ohmeda
2300 Finapres, Madison, WI) erhalten. Der Kammerdruck wurde mit
einem digitalen Manometer (piezoresistiver Transmitter Serie 23,
Keller AG, Schweiz) überwacht.
Die Ablesungen von den Instrumenten wurden online in einen Arbeitsplatzrechner
(Personal-Computer) eingespeist und zu unterschiedlichen Frequenzen
aufgezeichnet. Der gleiche Computer wurde zur Steuerung der magnetischen
Ventile vorprogrammiert. Die Aufzeichnungen wurden in Echtzeit auf
einem Computerbildschirm angezeigt.
-
Momentante
Querschnitts-Durchschnittsgeschwindigkeiten aus der Axillar- und
der Brachialarterie wurden von den Ultraschall-Doppler-Instrumenten berechnet
und zusammen mit den Ablesungen von LDF, BP und Kammerdruck online
in einen Computer eingespeist, um eine Schlag-auf-Schlag-Zeitdurchschnittsbildung
vorzunehmen, gegated bzw. getaktet bzw. gegattert durch EKG-R-Wellen.
Die Analogsignale wurden in Digitalsignale konvertiert und von dem Computer
mit 2 Hz und 50 Hz aufgezeichnet.
-
Die 11A bis E zeigen gleichzeitige Aufzeichnungen
von Kammerdruck, HR, BP und Blutgeschwindigkeit in beiden Armen
eines Subjekts. Es zeigt die Blutgeschwindigkeit über der
Zeit für
den rechten (Versuchs-)Arm verglichen mit der Blutgeschwindigkeit über der
Zeit für
den linken (Vergleichs-)Arm. Während
der Pulsphase zeigt die Blutgeschwindigkeit in der rechten Axillararterie
große Fluktuationen,
die synchron sind mit Fluktuationen des Drucks. Beim Beginn und
am Ende von konstantem negativem Druck sind große Änderungen in der Blutgeschwindigkeit.
Es gibt einen kurzen Anstieg der Blutgeschwindigkeit, der etwa 15
Sekunden dauert, wenn der negative Druck angelegt wird. Beim Zurückziehen
des negativen Drucks gibt es einen kurzen andauernden Abfall der
Geschwindigkeit. Dies wird gefolgt von einem anderen längeren,
15 Sekunden andauernden Anstieg der Geschwindigkeit mit einem weiteren
Anstieg des Drucks. Die Blutgeschwindigkeit in dem Vergleichsarm
ist etwa die gleiche wie bei den Grundlinienaufnahmen im gegenüberliegenden
Arm. Es gibt keine großen Änderungen der
Geschwindigkeiten im Vergleichsarm. MAP und HR änderten sich nicht während des
Experiments; dies war ein gemeinsames Ergebnis für alle Experimentläufe. Pulsierender
negativer Druck verursacht somit im Vergleich zu normalem Druck
einen Anstieg der Blutgeschwindigkeit.
-
Die 12A bis C zeigen den Kammerdruck im Vergleich
zu relativen Blutgeschwindigkeiten von sowohl dem rechten (Versuchs-)Arm
als auch dem linken (Vergleichs-)Arm während normalem Druck, konstantem
negativen Druck und pulsierendem negativen Druck. Die erst Spalte
zeigt normalen Druck, die zweite Spalte zeigt, konstanten negativen
Druck und die dritte Spalte zeigt pulsierenden negativen Druck.
Die durchschnittliche Blutgeschwindigkeit in dem rechten (Versuchs-)Arm
ist im Vergleich zu der durchschnittlichen Blutgeschwindigkeit bei
normalem Druck 47,4 % höher,
wenn pulsierender negativer Druck angelegt ist. Die durchschnittliche
Blutgeschwindigkeit ist im Vergleich zu der durchschnittlichen Blutgeschwindigkeit
bei normalem Druck 16, 9 höher,
wenn konstanter negativer Druck angelegt ist. Die durchschnittliche
Blutgeschwindigkeit in dem linken (Vergleichs-)Arm ist etwa die
gleiche in jedem dieser Fälle.
Pulsierender negativer Druck verursacht somit einen deutlich größeren Anstieg
der Blutgeschwindigkeit als konstanter negativer Druck.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auch dazu verwendet werden, um Patienten
mit Hyperthermie zu kühlen. 13 zeigt
die Mittelohrtemperatur einen Patienten mit Hypothermie über der
Zeit. Ein Patient wurde während
1 bis 2 Stunden 40 bis 50 °C warmer
Luft und einer relativen Feuchtigkeit von 40 ausgesetzt und wurde
hyperthermisch mit einer Mittelohrtemperatur von 38,5 °C. Die Körpertemperatur wurde
zu Beginn mit 37,0 °C
gemessen. Nachdem die Ausrüstung
angelegt war und die Aufzeichnung des Computers begann, war die
Temperatur auf 37,5 °C
angestiegen. Bei Punkt B war die Mittelohrtemperatur auf 38,5 °C angestiegen
und der Patient begann, sich unwohl zu fühlen. Ein Arm des Patienten wurde
in die Kammer einer Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung plaziert. Das zirkulierende
Wasser wurde auf 23 °C
eingestellt und pulsierender Druck wurde in Sequenzen von 10 Sekunden
bei –40
mmHg und 7 Sekunden bei 0 mmHg auf den Arm angewendet. Die 40 bis
50 °C warme Luft
und die relative Feuchtigkeit von 40 % wurden währende der Behandlung aufrechterhalten.
Vierzig Minuten später
war die Mittelohrtemperatur auf 37,5 °C reduziert. Die vorliegende
Erfindung kann somit zur Behandlung von Patienten mit Hyperthermie
verwendet werden.
-
Andere
ins Auge gefaßte
Möglichkeiten
im Rahmend er vorliegenden Erfindung sind das Anfertigen einer anatomisch
korrekteren Ausführung
der Druckkammer 4, das Anfertigen eines Modells für alle Größen, Ein-
oder Mehrteiler, das Vorsehen einer "Tür", in die der Arm
bzw. das Bein für
einen einfacheren Zugang eingeführt
werden kann, usw. Zusätzlich
zur Behandlung von Hypothermie kann das Verfahren bei vielen anderen
klinischen Problemen verwendet werden. Eine Möglichkeit ist die Behandlung von
ischämischen
Füßen. Eine
andere ist die Behandlung von großen Beingeschwüren, um
ein Amputieren zu vermeiden. Die Möglichkeiten sind endlos.