DE69024063T2

DE69024063T2 - Vorrichtung zur zeitweiligen künstlichen beatmung für personen mit schnarchproblemen.

Info

Publication number: DE69024063T2
Application number: DE69024063T
Authority: DE
Inventors: Bjoern Wennerholm
Original assignee: Breas Medical AB
Current assignee: Breas Medical AB
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH04505722A; AU5938990A; SE8902313L; SE8902313D0; SE466941B; EP0591155B1; WO1991000075A1; EP0591155A1; DE69024063D1; US5301689A; ATE131026T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die zeitweilige Unterstützung der Atmung bei Schnarchproblemen während des Schlafes und die Heilung von obstruktiver Schlafapnoe durch eine Druckluftquelle, die über eine Atemmaske mit den Atemwegen der schlafenden Person verbunden ist.

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG

Die Krankheit Obstruktives Schlafapnoesyndrom (OSAS) bringt Unterbrechungen oder Pausen in der normalen Atemtätigkeit während des Schlafes mit sich, die meistens durch Obstruktionen der oberen Atemwege verursacht werden. Seit diese Krankheit zu Beginn der achtziger Jahre definiert wurde, sind unterschiedliche Verfahren getestet worden, um eine geeignete Behandlungsmöglichkeit zu finden. Abgesehen von Operationen wird ein sogenanntes CPAP-Verfahren (Continous Positive Airway Pressure - Kontinuierlicher Positiver Atemwegdruck) in zunehmendem Maße angewendet. Trotz einiger Nachteile hat das CPAP-Verfahren zu guten Behandlungsergebnissen geführt, indem die z.B. beim Autofahren sehr gefährliche Tagesschläfrigkeit vermindert und eine Beruhigung des Schlafes und das Verschwinden des charakteristischen lauten Schnarchens erreicht worden ist. Die CPAP-Vorrichtung besteht aus einem kontinuierlich arbeitenden Radialgebläse, das durch einen 100 W-Elektromotor angetrieben wird, und einem Reduktionsventil. Sie wird auf den individuellen Druckpegel des entsprechenden Patienten eingestellt und erzeugt über einen Schlauch und eine Nasenmaske in den Atemwegen einen kontinuierlichen positiven Druck von ca. 10 mbar, der oft zufriedenstellend ist. Nachteile wie Atemwiderstand, Nichtnutzbarkeit bei Erkältungen, Infektionsrisiko in Nasennebenhöhlen und Gehörgängen, Austrocknen der Nasen- und Mundschleimhäute beim Durchblasen des vom Gebläse gelieferten Luftüberschusses (ca. 4 Liter pro Sekunde) treten beim Öffen des Mundes während des Schlafes oft auf. Diese Nachteile werden vom Patienten in der Regel toleriert, sind aber äußerst lästig. Der Preis der Vorrichtung ist zwar relativ hoch, liegt aber unter dem einer Operation. Außerdem ist beträchtlich weniger medizinische Behandlung notwendig. Der Höhe der Kosten kommt jedoch große Bedeutung zu, da in Schweden ein Bedarf von ca. 100.000 Vorrichtungen errechnet wurde, die nach gegenwärtigen Preisen ca. 1,2 Milliarden SKr kosten würden. Außerdem ist ein zweitägiger Schlaffest in einem Krankenhaus erforderlich, bevor der Patient eine Vorrichtung für den Hausgebrauch erhalten kann (OSAS wird als chronische Krankheit betrachtet). Eine weitere Dimension des Problems besteht darin, daß einige Verkehrsunfälle, in die sowohl Teilnehmer am Individualverkehr als auch Benutzer öffentlicher Verkehrsmiffel verwickelt sind, durch Schlafapnoe verursacht werden, die somit eine große latente Gefahr darstellt. Nur sehr wenige OSAS-Patienten sind sich ihrer Krankheit bewußt, bevor sie getestet worden sind. Oft glauben sie, daß Müdigkeit und eine schlechte allgemeine körperliche Verfassung ihre Ursachen in anderen Faktoren haben.
Das Europäische Patent Nr.88761 beschreibt als Mittel gegen Schnarchprobleme eine Nasenmaske, die mit einer hochvolumigen Luftpumpe verbunden ist, die während der gesamten Schlafdauer kontinuierlich einen statischen Luftdruck erzeugt, der etwas über dem atmosphärischen Druck liegt. Die Nachteile dieser Vorrichtung liegen in den oben erwähnten Problemen. Um das Austrocknen der Schleimhäute zu lindern, ist sogar vorgeschlagen worden, den Mund in der Nacht mit einem Klebeband zu verschließen, so daß der Patient nur durch die Nase atmet. Diese drastische Maßnahme ist jedoch aus klar ersichtlichen Gründen äußerst unangenehm. Sie macht aber deutlich, daß die Nebenwirkungen nicht ignoriert werden können.
Das CPAP-System, das auf einem kontinuierlichen statischen Luftdruck beruht, funktioniert bei den oft auftretenden zentral bedingten OSAS-Erscheinungsformen nicht. Der statische Druck hält zwar die Atemwege offen, erreicht aber kein Pulsieren der Atemtätig keit, die bei zentraler Apnoe aussetzt.
Neben den erwähnten Nachteilen wird beim CPAP-Verfahren bei Schluckreflexen, die durch den kontinuierlichen positiven Druck verursacht werden, Luft in den Magen-Darm- Trakt gepreßt, was zu Unbehagen führt. Es wurde auch ein Druckanstieg in der zerebrospinalen Flüssigkeit festgestellt, der noch nicht definierte Folgen haben kann, z.B. Gleichgewichtsstörungen. Es besteht auch das Risiko von Otitis, die einen Hörverlust hervorrufen könnte.
Die Vorrichtung gemäß EP 88761 ist in WO 88/10108 weiterentwikelt worden, wonach die Nasenmaske mit einem Mikrofon verbunden ist, dessen Ausgangssignal über eine Prozessoreinheit die Geschwindigkeit des Motors steuert, der ein Gebläserad antreibt. in dem Maße, wie Schnarchgeräusche auftreten, werden die Geschwindigkeit des Motors und somit der Druck und die abgegebene Menge der Luft erhöht. Mit dieser Vorrichtung kann, wenn kein Schnarchen auftritt, die kontinuierlich abgegebene Luftmenge auf einem niedrigeren Pegel und somit der Atemwiderstand geringer und weniger lästig gehalten werden. Jedoch sind die Tendenz des Austrocknens der Schleimhäute, das erhöhte Risiko der Nasennebenhöhleninfektion und die Nichtnutzbarkeit bei gewöhnlichen Erkältungen immer noch sehr störend. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die impulserzeugenden Schnarchgeräusche individuell und unregelmäßig sind und hauptsächlich am Ende einer Apnoe auftreten, wenn der schlafende Patient die Atemobstruktion selbst beseitigen kann. Geräuschimpulse können außerdem durch Reden im Schlaf, Zähneknirschen, Husten usw. und äußere Faktoren verursacht werden, wodurch das Verfahren nicht zuverlässig genug ist, um Apnoe im richtigen Moment, d.h. bevor ein Sauerstoffdefizit im Blut auftritt, zu beseitigen. Es besteht auch die Gefahr, daß der Druck zum falschen Zeitpunkt erhöht wird, so daß der schlafende Patient aufgeweckt wird. Dieses System bekämpft nicht den Atemverlust, sondern reagiert erst auf dessen Nachwirkungen (Schnarchen). Ein weiterer Nachteil besteht im hohen Energieverbrauch (tragbare Benzinmotoren oder bafferiebetriebene Vorrichtungen), selbst wenn dieser durch die zeitweise reduzierte Gebläsegeschwindigkeit minimiert wird.

AUFGABE DER ERFINDUNG UND WICHTIGSTE MERKMALE

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die:
a) jeden Atemzug überwacht
b) die Atemtätigkeit vom Einschlafen bis zum Erwachen steuert
c) das Austrocknen der Schleimhäute wesentlich verringert,
d) selbst bei nasalen Kongestionen, z.B. gewöhnlichen Erkältungen, nützlich ist,
e) das Aussetzen der Atmung wirksam bekämpft,
f) ein gegendruckfreies Ausatmen ermöglicht,
g) medizinische Nachwirkungen wesentlich verringert,
h) keine individuelle Druckeinstellung erfordert,
i) nicht durch Geräuschimpulse aktiviert wird
j) einfach und zuverlässig aufgebaut ist,
k) wenig Energie verbraucht und
l) billig herzustellen ist.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt in graphischer Form die erfindungsgemäße Vorrichtung im Teilschnitt.
Fig. 2 zeigt ebenfalls im Teilschnitt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Atemvorrichtung 20, die einen Zylinder 21 mit einem Verbindungsrohr 22, 23 an beiden Enden enthält. Innerhalb des Zylinders 21 befindet sich ein beweglicher Kolben 24, der Teil eines Ausatemventils 25 ist und durch eine Feder 38 in einer seiner Endpositionen gehalten wird, in der er mindestens eine in den Zylinder gebohrte Öffnung 26 verschließt. Der Kolben drückt die Ausatemluft entgegen der Wirkung der Feder 38 in den Zylinder 21, so daß die Öffnungen 26 geöffnet werden und die Atemluft die Atemvorrichtung 20 verlassen kann. Der Kolben 24 ist an seiner Unterseite mit einer Rückflußsperre 27 in Form von Öffnungen 28 versehen, die durch eine Ventilunterlegscheibe 29, z.B. eine Metallfolie, abgedeckt werden. An einem Ende des Verbindungsrohres 23 ist ein induktiver Sensor 30 befestigt, der mit einem Metallkopf 31 auf einer der unteren Oberflächen des Kolbens 24 zusammenwirkt.
Die Atemvorrichtung 20 ist über eines ihrer Verbindungsrohre 22 mit einer Atemmaske 32 verbunden, die Nase und Mund bedeckt. Das andere Verbindungsrohr 23 ist über ein Rohr 33 mit einer Druckluftquelle 34 verbunden, die eine Kolben- oder Blasebalgpumpe sein kann, aber auch ein Luftdruckspeicher, der von einem Gebläse oder dergleichen versorgt werden kann. Die Druckluftquelle 34 muß so bemessen sein, daß sie bei Bedarf direkt ein Luftvolumen abgeben kann, das mindestens ein bis zwei Atemzügen entspricht.
Der Sensor 30 sendet mit Hilfe eines mit einer elektrischen Steuervorrichtung 36 verbundenen Kabels 35 und mit der Geschwindigkeit der Auf- und Niederbewegung Impulse an die Steuervorrichtung 36 aus, die die Druckluftquelle 34 aktiviert, falls nach Ablauf einer einstellbaren Zeitdauer ein oder mehrere Impulse wegen Aussetzens der Atmung fehlen. Die durch die Druckluftquelle abgegebene Luftmenge strömt mit leichtem Druck gegen den Kolben 24 und durch die Rückflußsperre 27 in die Atemwege.
Die Inhalation erfolgt über eine Rückflußsperre 37 in der Atemmaske 32, die sich bei jedem Einatemzug öffnet, aber beim Ausatmen schließt.
Wenn die Atmung, die normalerweise in Intervallen von fünf Sekunden erfolgt, aussetzt, erhält der schlafende Patient einen Luftimpuls von ca. 1,5 Litern mit einem Anfangsdruck, der die Apnoeschwelle der Person übersteigt und somit die Atemwege öffnet. Das Volumen des Luftimpulses ist so berechnet, das es mindestens zwei fehlende Atemzüge von je 0,5 Liter ausgleicht. Falls die natürliche Atemtätigkeit nach Beseitigung der Apnoe nicht einsetzt, wird der Vorgang nach 10 bis 15 Sekunden wiederholt, bis eine natürliche Atmung ausgelöst wird. Durch Benutzung eines Systems des beschriebenen Typs wird ein kontinuierlicher positiver Druck in den Atemwegen mit den beschriebenen negativen Auswirkungen vermieden. Es ist nicht notwendig, die Hilfsvorrichtung auf spezifische Druckpegel zu eichen, da der Druck sinkt, sobald die Atemwege geöffnet sind. Das Volumen des Hilfsluftimpulses von 1,5 Litern ist geringer als die Hälfte des gesamten Lungenvolumens eines Erwachsenen, gleicht aber zwei bis drei fehlende Atemzüge in der Ruhephase (während des Schlafes) aus. Anforderungsgemäß kann die Vorrichtung die Atmung während der gesamten Schlafdauer unterstützen und somit verhindern, daß ein nennenswertes Sauerstoffdefizit entsteht. Der Energieverbrauch ist geringer als 40 W oder ca. 3 Ah bei 12 Volt während einer Schlafdauer von 7 Stunden, wodurch es möglich ist, während mindestens einer Schlafdauer wiederaufladbare oder Standardbatterien bei Maximalbetrieb einzusetzen. Bei einem sogenannten schweren Apnoefall treten bis zu 500 Atemunterbrechüngen pro Nacht auf, und einige Dutzend Apnoen sind nicht ungewöhnlich. In solchen Fällen reicht die Batteriekapazität für eine Woche oder mehr, bevor die Batterie wiederaufgeladen oder ersetzt werden muß.
Die Überwachung der Atemtätigkeit erfolgt durch einen induktiven Sensor 30 an der Atemvorrichtung 20 in der Gesichtsmaske 32. Wenn sich der Ventilkolben 24 mit der Rückflußsperre 27 beim Ein- oder Ausatmen bewegt, sendet der Sensor 30 einen elektrischen Impuls an die Steuervorrichtung 36 aus. Diese überwacht Impulsfolgen, die vom Sensor ausgesendet werden und z.B. auf 1 bis 10 Sekunden eingestellt werden können. Die Vorrichtung reagiert nicht, solange die Zeit zwischen den Impulsen kürzer als die eingestellte Zeit ist. Falls die Zeit zwischen den Impulsen die eingestellte Zeit überschreitet, wird innerhalb von ca. drei Sekunden ein Ausgangsrelais aktiviert. Danach springt das Relais zurück und die Überwachung wird wiederaufgenommen. Das Relais kann mehrere Schließ- und Unterbrechungsfunktionen haben. Dieses Überwachungssystem reagiert schnell und zuverlässig selbst bei einem fehlenden Atemzug. Dann wird die Atmung unterstützt, bevor ein Sauerstoffdefizit im Blut auftritt.
Der Luftimpuls, der für die erfindungsgemäße Öffnung der Atemwege bei Schlafapnoe erforderlich ist, kann durch einen Blasebalg 40 (siehe Fig. 2) erzeugt werden. Dieser kann über ein Ventilsystem 41 durch mechanische Betätigung gefüllt und geleert werden, um ein bestimmtes Luftvolumen zu erreichen. Die hauptsächlich lineare Bewegung wird durch einen parallelen Arm 42 bewirkt, der durch einen elektrischen Pendelmotor 43 angehoben und durch ein Gewicht 45 oder eine Federkraft gesenkt wird. Dadurch entstehen der geeignete spezifische Druck und die Strömungsgeschwindigkeit für die Beseitigung der Apnoe und die Unterstützung der Atemtätigkeit. Der Arm kann auch durch eine elektrische oder pneumatische Steuervorrichtung angehoben werden, durch die nur das Anheben erzwungen wird während das Absinken selbständig nur durch Schwer- oder voreingestellte Federkraft erfolgt. Diese Anordnung verhindert, daß in den Atemwegen ein höherer Druck als der voreingestellte entsteht, während gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit dem Atemrhythmus des Patienten angeglichen wird.
Um die Beseitigung einer Apnoe durch ein bestimmtes Luftimpulsvolumen zu ermöglichen, muß die Ausatemfunktion der Atemvorrichtung während des Einblasens der Luft blockiert werden. Das kann durch einen Elektromagnet geschehen, der sich neben der Ventilmembran befindet, indem der Elektromagnet die Ventilmembran auf der Position des Ventilsitzes während der Einblasphase für ca. zwei Sekunden, in denen der Magnet von der Steuervorrichtung mit Strom versorgt wird, verschließt. Das Ausatemventil 25 kann auch, wie in Fig. 1 gezeigt, durch den positiven Druck der ausströmenden Luft blockiert werden. Unabhängig vom benutzten Verfahren ist eine Blockierung des Ausatemventils 20 während des Ausströmens einem kontrahierten Auslaß ohne Ventil vorzuziehen, da letzterer die beabsichtigte Wirkung beeinträchtigt, während gleichzeitig bei normaler Atemtätigkeit ein Atemwiderstand gebildet wird.
Das beschriebene System und die Vorrichtung für die Unterstützung der Atmung bei Schlafapnoe kann für das Einblasen der Luft durch die Nase oder den Mund benutzt werden, da die relativ kleinen Luftmengen, die benutzt werden, die Schleimhäute nicht nennenswert austrocknen. Dadurch wird die Nützlichkeit des Systems, z.B. bezüglich der schon erwähnten gewöhnlichen Erkältungen, wesentlich erhöht. Indem eine sogenannte Halbmaske benutzt wird, die der in der Industrie verwendeten Maske ähnelt und sowohl die Nase als auch den Mund bedeckt, wird das Risiko der sogenannten Rückkopplung beseitigt. Das ist für die optimale Funktionsausführung des erfindungsgemäßen diskontinuierlichen Systems von besonderer Wichtigkeit, da hier für die Beseitigung jeder einzelnen Apnoe eine regulierte Luftmenge eingesetzt wird. Der oben erwähnte Vorteil der Vorrichtung, der darin besteht, daß sowohl durch die Nase als auch durch den Mund geatmet werden kann, ist in diesem Fall natürlich anwendbar.
Vor dem Schlafengehen befestigt der Patient die Atemmaske 32 mit Befestigungsbändem im Gesicht und schaltet die Vorrichtung ein. Während der Einschlafphase kann durch das Ventilsystem der Maske mit einer Atemmenge von 0,5 Liter pro Sekunde weiter ungehindert geatmet werden. Die Impulse werden gleichzeitig vom Sensor 30 an die Steuervorrichtung 36 gesendet. Falls diese z.B. auf zehn Sekunden eingestellt ist und kein Impuls empfangen wird, weil die Atmung ausgesetzt hat, wird das Relais betätigt, das einen Stromkreis mit dem Elektromotor 43 der Druckquelle schließt. Der Pendelarm 44 bewegt sich dann nach unten und gibt einen durch ein Gewicht belasteten parallelen Arm 42 frei, der den Blasebalg 40 mit einem Druck zusammenpreßt, der durch die Schwerkraft des Gewichtes 45 bestimmt wird. Da der von einem Schalter 46 betätigte Pendelarm 42 an seiner unteren Wendemarke parkt, kann das im Blasebalg eingeschlossene Luftvolumen von ca. 1,5 Litern über das Rohr 33 zur Atemmaske 32 des Patienten geleitet werden. Der Druck in der Maske ist auf die Beseitigung einer Apnoe und eine voreingestellte Strömungsgeschwindigkeit unter regressivem Druckabfall eingestellt. Wenn der Blasebalg entleert worden ist und der parallele Arm die untere Bereitschaftsposition erreicht hat, wird der Stromkreis mit dem Pendelmotor über eine Umschaltfunktion in einem Relais (nicht gezeigt) geschlossen, wodurch der Pendelarm 44 und der parallele Arm 42 in die obere Bereitschaftsposition zurückkehren, wo der Stromkreis durch einen Schalter 47 unterbrochen wird. Somit wird das Gewicht 45 angehoben, der Blasebalg 40 dehnt sich aus und wird über eine Rückflußsperre 41 und einen Saugfilter 48 mit Luft gefüllt. Dieser Vorgang wird innerhalb von ca. zehn Sekunden wiederholt, falls der vorhergehende Luftimpuls die Apnoe nicht beseitigt und der Sensor somit keine elektrischen Impulse an die Steuervorrichtung gesendet hat. Neben der Impulsfrequenz können auch der Druck, das Volumen und die Einblasdauer auf die Werte eingestellt werden, die am besten dafür geeignet sind, eine Apnoe zu beseitigen und den Schlaf des Patienten nicht unnötig zu stören.

Claims

1. Vorrichtung für die Überwachung und zeitweilige Unterstützung der Atmung bei Schnarchproblemen während des Schlafes und die Heilung von obstruktiver Schlafapnoe, aufweisend eine Druckluftquelle (34), die über eine Atemmaske (32) mit den Atemwegen der schlafenden Person verbunden ist, und einen Sensor (30), der in oder an der Atem maske (32) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Sensor die Ausatem- und/oder Einatemphase der Atmung erfaßt, einen elektrischen Impuls als Reaktion auf das Ausatmen und/oder Einatmen erzeugt und diesen Impuls an eine Steuervorrichtung (36) sendet, die die vom Sensor ausgesendeten Impulse überwacht und Mittel für die zeitweilige Aktivierung der Druckluftquelle (34), wenn der Abstand zwischen den elektrischen Impulsen eine voreingestellte Zeitdauer wegen fehlender Atemzüge überschreitet, aufweist, wobei die Druckluftquelle (34) während einer steuerbaren Zeitdauer, die z.B. einigen Atemzügen entspricht, eine bestimmte, auf die Heilung der obstruktiven Schlafapnoe eingestellte Luftmenge mit einem regulierbaren positiven Atemdruck liefert, wohingegen sie inaktiv ist, solange der Abstand zwischen den vom Sensor (30) ausgesendeten elektrischen Impulsen die voreingestellte Zeitdauer nicht überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Atemmaske (32) mindestens eine Atemvorrichtung (20) befindet, die mit einem Ausatemventil (25) versehen ist, das durch die Ausatemluft betätigt wird, wobei der Sensor (30) als Reaktion auf die Bewegung des Ausatemventils (37) Impulse an die Steuervorrichtung (36) aussendet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausatemventil (25) der Atemvorrichtung (20) einen in einem Zylinder (21) beweglichen federbelasteten Kolben (24) oder dergleichen aufweist, der mit Ausblasöffnungen (26) versehen ist, wobei die Öffnungen in der Ruheposition des Kolbens durch den Kolben blockiert und durch den Druck der Ausatemluft geöffnet werden, daß der Sensor in der Atemvorrichtung (20) angeordnet ist, wobei der Sensor die Bewegung des Kolbens (24) erfaßt, und daß der Kolben mit einer Rückflußsperre (27) versehen ist, die den Fluß der Ausatemluft blockiert, aber Luft in die entgegengesetzte Richtung fließen läßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemmaske (32) neben der Atemvorrichtung (20) auch mindestens ein Inhalationsventil (37) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (34) eine Kolben- oder Blasebalgpumpe (40) aufweist, deren Arbeitshübe durch eine steuerbare Federkraft oder ein variables Gewicht (45) ausgelöst werden, und deren Rückhübe durch eine Einstellvorrichtung, z.B. einen elektrischen Pendelmotor (43), bewirkt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (34) einen Luftimpuls aussendet, dessen Volumen mindestens dem von bevorzugterweise zwei Atemzügen entspricht.